然后對變頻器進行上電測試,但是一上電便顯示過電流(OC)故障。檢測U、V、W端子,發現三相電壓無輸出。
重新拆機,對驅動卡進行詳細檢測,該變頻器驅動卡上光耦為PC923和PC929,它們與SN0357配合使用以傳輸OC信號。
查看PC923的相關參數:輸入IF電流5∽20mA,電源電壓15∽35V,輸出峰值電流±0.4A,隔離電壓5000V,開通/關斷時間0.5μs。可直接驅動50A/1200V以下的IGBT模塊。PC923的電路結構同TLP250等相近,但輸出引腳不一樣。5、8腳之間可接入限流電阻,限制輸出電流以保護內部V1、V2三極管。常規應用,是將5、8腳短接,接入供電電源的正極。如果將輸出側引線改動一下,也可以與TLP520、3120等互為代換。
按照原理,PC923的 2、3腳為光電二極管輸入電路,2腳為光電二極管的陽極,3腳為光電二極管的陰極,按常理說,一般2腳常由+5V供電再經穩壓處理給出4V左右的激勵電源,而3腳接CPU的脈沖輸出端,低電平輸出有效,即輸出時從PC923的3腳拉入電流,使二極管導通。有觸發脈沖輸入且頻率較低時,3腳為3V上下的擺動電壓,當頻率上升時,該腳約為此3V電壓逐漸趨于穩定。無輸出時,3腳為4V左右的高電平(同2腳電平值相等)。
但是在實機測量PC923光耦的脈沖輸入引腳時,卻發現3腳的電平高,而2腳電平低。這是導致U、V、W無輸出的關鍵原因。 現在檢測的結果如下:未輸入運行指令時,3腳為0.5V高電平,2腳為接近0V的低電平;當輸入運行指令時,3腳降為0.2V,有高低電平的變化,說明CPU的脈沖已經到達了PC923。開始檢修時走了一個彎路,只注意了高、低電平的變化,并未注意電壓值的大小。顯然是2腳供電電壓的丟失,使 IGBT管得不到激勵脈沖,因而變頻器無輸出電壓。
檢查2腳供電為一只三極管和穩壓管的簡單串聯穩壓電源,三極管基極偏流電阻開路,導致供電電壓為零。更換偏流電阻后,測PC923的2、3腳電壓恢復正常。變頻器接受運行指令后,U、V、W端子有了輸出。
接下來解決通電時持續出現的OC故障。對負責傳輸OC信號的SN0357光耦進行測量,結果顯示輸入側兩個引腳的電壓為零,表明沒有OC信號輸入。同時,光耦輸出側的電壓為0.5V,這是不正常的。在沒有OC信號的情況下,兩個引腳之間的電壓應為5V(一個引腳連接到5V接地電平)。
這說明表明信號輸出引腳上的5V上拉電阻出現了問題,可能已改變或開路。因此,CPU錯誤地將這種情況解釋為從驅動電路接收到了OC信號,從而觸發了警報。在信號輸出引腳與5V電源之間連接一個10k電阻解決了這個問題。隨后的通電測試顯示信號輸出引腳電壓為5V,變頻器不再報OC故障。
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以一臺37kW變頻器為例,該變頻器故障現象為:運行當中出現隨機停機現象,可能幾天停機一次,也可能幾個小時停機一次,當停機后重新啟動時,接觸器噠噠跳動,有時會起動失敗,而且操作面板不顯示故障代碼。重復多次后,有時又能啟動成功,并運轉一段時間。
將變頻器從現場拆回,將控制板拆下,將熱繼電器的端子短接,以防進入熱保護狀態不能試機;將充電接觸器的觸點檢測端子短接,以防進入低電壓保護狀態不能試機,但是檢查下來找不到異常,所有功能都是好的。
又將控制板裝回機器,上電試機,起動時充電接觸器噠噠跳動,不能起動。拔掉12CN插頭散熱風扇的連線,為開關電源減輕負載后,情況大為好轉,起動成功率上升。
仔細觀察,起動過程中顯示面板的顯示亮度有所降低,因此判斷故障為開關電源帶負載能力差。
接下來拆下電源/驅動板,送入直流500V維修電源,單獨檢修開關電源電路。該變頻器開關電源電路為單端正激式隔離型開關穩壓電源。電路由分立元件組成,這種電路故障率較低。由開關管和分流控制管構成振蕩和穩壓電路的主干,外圍電路極其簡潔。
進一步檢測發現,開關電源的次級繞組及后續整流濾波電路,各路電源輸出空載時,輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負載(如50歐5W電阻),電壓值略有降低;24V接入散熱風扇和繼電器負載后,5V降為 4.7V,此時屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進入啟動狀態,則出現繼電器噠噠跳動,間或出現“直流電壓低”、“CPU與操作面板通訊中斷”等故障代碼,使操作失敗。
測量中,當 5V降為 4.5V以下時,則變頻器馬上會從啟動狀態變為待機狀態。但詳查各電源負載電路,均無異常。
因此分析:控制電源帶負載能力差的判斷是正確的。由于CPU對電源的要求比較苛刻,不低于4.7V時,尚能勉強工作;但當低于4.5V時,則被強制進入“待機狀態”;在4.7V到4.5V之間時,則檢測電路工作,CPU發出故障報警。
接下來,遍查開關電源的相關元器件,竟發現“無一損壞”!無奈之下,試將U1(KA431AZ)的基準電壓分壓電阻之一的R1(5101)并聯電阻試驗,其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測輸出電壓略有上升,但帶載能力仍差。該機的開關管Q2為高反壓和高放大倍數的雙極型三極管(NPN功率管),型號為QM5HLL-24;Q1為分流控制管,電路對這兩只管子的參數有較嚴格的要求,市場上較難購到。再結合故障現象分析,可能為開關管Q2低效,如β值降低,使TC2儲能下降,電路帶載能力變差;也可能為Q1的工作偏移,對Q2基極電流分流能力過強,使電源帶載能力變差。
但手頭無原型號開關管,用戶催修甚急。試調整電路,將分流調整管的工作點下調,使之降低對Q2基極電流的分流作用,進而提升開關管Q2的導通能力,使TC2儲能增加。試將與電壓反饋光耦串接的電阻R6(330歐)串聯47歐電阻,以減小Q1的基極電流,進而降低其對Q2的分流能力,使電源的帶載能力有所增強。
上電試機,無論加載或啟動操作, 5V均穩定輸出5V,故障排除(此故障排除是采取了權宜之計,應急修復的措施,并未查出和更換故障元件,對故障進行根治)! 故障推斷:
附記:以后該臺變頻器又因模塊損壞故障送修,手頭有QM5HLL-24管子,故換掉開關管Q2,將串接47Ω電阻解除,恢復原電路后,開關電源工作正常。說明該機器開關電源電路帶載能力差的故障原因,確系Q2開關管低效所致。
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經檢測,變頻器無明顯故障,上電測試直流回路電壓,在輸入電壓為380V時,直流電壓為540V左右(輕載),也正常,檢查不出變頻器故障的具體原因。然后在公司帶負載測試一天也未跳故障。但是回到生產現場,當變頻器滿載運行時,運行一段時間又跳欠電壓故障停機,檢測直流回路電壓,已跌至430V,這說明變頻器確實存在軟故障。
根據故障現象分析,有三個可能故障點:
經過以上檢查,仍未發現故障,但判斷還是電容的嫌疑最大, 雖然電容測試容量是滿足要求的。但本機故障表現,又確實表現為儲能電容的容量下降,起不到應有的儲能作用,而使直流回路的電壓下降,導致電壓檢測電路報出欠電壓故障。
此類故障往往又較為隱蔽, 尤其是大功率變頻器中的電容,運行多年后,其引出電極常年累月經受數百赫茲的大電流充、放電沖擊,出現不同程度的氧化現象,用電容表測量,容量正常;用萬用表測量,也有鮮明的充、放電現象,反向漏電流阻值也在容許范圍內,但接在電路中,則因充、放電內阻增大,相當于電容充、放電回路串接了一定阻值的電阻 。主要體現在兩個方面:
最后維修方案是購買6只8200μF 400V優質電解電容,將該機儲能電容全部更換,檢測測直流回路電壓,帶載情況下,主回路電壓達到520V以上,試機一段時間后一切正常,修復成功。
]]>知道了這些原因,那么在檢測時就可以針對性的進行分析:
首先:測量變頻器的電源電壓, 以排除電源方面的原因;
其次:變頻器上電運行, 測量主電路的P、N 端子的直流電壓值, 正常值約為500V 以上, 若測量值正常, 說明為變頻器直流電壓檢測電路誤報故障, 應檢修電壓檢測電路
最后:如果測量直流電壓值較低(500V 以下), 說明為變頻器主電路方面的原因。需要進一步檢查兩個方面:
首先根據設備的新舊,新應用還是老應用來做初步排查。
1、新設備或應用故障往往出現在選型不當,參數設置錯誤,外圍因素等方面
2、老設備則往往和內部部件損壞相關
可以看出,變頻器的故障多種多樣,解決問題的方法也各不相同。關鍵是要根據問題的本質找到最合適的解決方案,這才是正確的思路。
]]>上圖為ABB ACS880 變頻器原理圖,由圖可知,當變頻器上電時,先通過充電二極管,充電電阻給變頻器預充電,變頻器直流母線帶電后,通過直流電容、均壓電阻穩壓后給電源板供電,電源板將母線電壓降壓處理后再給整流觸發板等其他電路板供電,變頻器的整流觸發板通過控制三個整流橋的通斷,將二極管及充電電阻短路,變頻器完成預充電。
通過變頻器的上電原理,我們可以確立處理上電無顯示這類故障的基本步驟,就是先測量變頻器的直流母線電壓。
一、如果直流母線電壓正常,說明變頻器整流部分正常,那么我們判斷是顯示部分出了問題。我們來分析一下影響變頻器顯示的部件有哪些。
變頻器直流母線有電后,從直流母線到變頻器面板的供電路徑如下:直流母線—均壓電阻—電源板—INT板—ZCU板—控制面板。因此,當直流母線有電情況下,變頻器上電無顯示的故障原因就有以下幾種情況:
二、當用萬用表測量變頻器直流母線電壓為0時。通過變頻器上電原理,我們可以判斷,當變頻器上電無顯示,直流回路電壓又為0時,就可以判斷充電二極管或充電電阻損壞了。
下面是幾種引起缺相保護的原因,供參考:
以上幾種因素,都會激發變頻器的“進線缺相”故障。
電源方面引起的“缺相故障“,首先要考慮是電源本身缺相引起。檢查測量電源三相是否平衡,如果缺相,要檢查缺相的原因。要注意一點,如果在沒有負載情況下測量出來的電源電壓平衡,沒有缺相現象,電源不一定是正常的。這是因為在帶載以后,電流產生的電壓降落有可能引起變頻器進線側電源異常,引發“進線缺相”故障。當進線電源側連線出現連接不實、導線截面選擇較小,或者進線電源側連接有接觸器,接觸器的主觸頭接觸不實,都可能會引發變頻器進線側電源電壓降低的風險,引起直流母線出現波動,導致“進線缺相“故障的發生。在變頻器運行時,如果是電源電壓有波動現象,也會引起直流母線電壓的脈動,可能會引發“進線缺相”故障。
負載方面引發的“進線缺相”故障,是由電機的慣性引起的。電機的慣性引發的能量回饋會使變頻器的直流母線電壓升高波動,也有可能會引發“進線缺相”
元器件不良引發的“進線缺相”故障包括整流橋開路、觸發電路板失效、濾波電容容量嚴重下降失效等。
其中整流觸發電路板失效是引發此種故障的主要原因,整流晶閘管觸發極開路或整流二極管開路也有出現。
對于使用時間很長的變頻器,出現此種故障后,要考慮濾波電容的性能,檢查其容量是否下降失效。但也不排除整流觸發板失效等其他原因引起。
]]>如果現象是電源瞬時斷電,或電壓低落出現“欠電壓”顯示,或者瞬時過電壓出現“過電壓”顯示,都會引起變頻器跳閘停機,這時只需要待電源恢復正常后重啟起動即可。
如果變頻器顯示“外部”故障而跳閘停機,原因會有很多,比如輸入信號斷路、輸出線路開路、斷相、短路、接地或絕緣電阻很低,或者電動機故障等,這里要對以上原因進行排查,排除故障后,即可重新啟動。
當變頻器參數預置后,空載試驗正常,加載后出現“過電流”跳閘,可能是起動轉矩設置不夠或加速時間不足。
有的變頻器運行一段時間后,轉動慣量減小,導致減速時“過電壓”跳閘,這時需要修改功能參數,適當增大加速時間。
如果是變頻器內部故障,可能是由于內部風扇斷路或過熱,熔斷器斷路、器件過熱、存儲器錯誤、CPU故障等原因,這時可暫時將變頻器切換至工頻運行,對變頻器進行檢測維修,待內部故障排除后,再安裝變頻器運行。
變頻器內部故障,需要打開變頻器后進行以下檢查:
溫度檢測電路:
屏蔽方法:熱敏電阻R5是在IGBT模塊內,如果模塊沒有安裝到主電路板上,此時R6沒有和熱敏電阻形成分壓電路,而是直接輸入到CPU,所以電壓為VCC電壓,會導致報OH過熱故障。此時只需用萬用表測出模塊上邊熱敏電阻的阻值,然后取相等或者接近此阻值的電阻接在R6和地之間,與R6形成分壓電路,就可以消除變頻器的OH故障報警。
母線電壓檢測電路:
屏蔽方法:上圖的母線電壓檢測電路是通過在母線串接電阻分壓后送給CPU,母線電壓信號取自開關電源的輸出繞組,通過D1整流,R7,R8限流,再和R9和R10分壓后送給CPU。D2起到電壓的鉗位作用,防止電壓超過5V擊穿CPU。交流380V供電的變頻器母線電壓是530V,如果直流電壓供電達不到,R10上邊分到的電壓值會減少,就會報欠壓故障。如果需要屏蔽此故障只需增大R10的阻值,使R10上邊的分壓增大到和530V母線電壓供電時的電壓值相同即可。
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