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丹佛斯5000系列變頻器的常見故障及維修對策

2019-10-18 09:59編輯:admin人氣:


1 引言

  danfoss(丹佛斯)公司是世界上首家變頻器生產廠家,作為歐洲享有盛譽的品牌,具有調速性能好、調速范圍寬和運行效率高,使用操作方便,且易于同其它設備接口等一系列優點,從進入中國市場以來已被廣大用戶所接受,并被廣泛應用于紡織、印染、灌裝生產線等行業。在變頻器的應用過程中,也會遇到各種各樣的故障現象,借助于變頻器自身的診斷功能,并通過平時工作中積累的經驗來提高處理變頻器故障的技術水平,這將明顯地縮短對變頻器故障處理的時間,我公司為粘膠短纖維制造行業,生產線上共使用了二百多臺丹佛斯5000系列的變頻器,在使用中因環境(溫度、濕度、腐蝕性氣體等)影響,出現了許多的故障報警,多年來我們在實踐中不斷學習和探索,積累了一些故障維修、日常維護保養的經驗,下面對丹佛斯5000系列變頻器產生的故障現象進行介紹與分析,此文中電路板圖為維修過程中實際測繪下來的(論述問題涉及到的部分電路,請參見相關電路板圖),僅代表個人意見,供大家在維修時參考。

2 變頻器的組成、常見故障現象和故障處理

  2.1 變頻器的組成

  變頻器是由主回路和控制回路兩大部分組成的(見圖1);主回路由整流器(整流模塊)、中間電路(濾波電路)和逆變器(大功率晶體模塊)三個主要部分組成,控制回路則由單片機、驅動電路和光電隔離等電路組成。

  (1)整流器它與單相或三相交流電源相連接,產生脈動的直流電壓

  (2)中間電路的三種作用

  使脈動的直流電壓變得穩定或平滑,供逆變器使用;

  通過開關電源為各個控制線路供電;

  可以配置濾波或制動裝置以提高變頻器性能。

  (3) 逆變器

  將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓。

  (4) 控制電路

  它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器,同時它也接收來自這些部分的信號。其主要組成部分是:輸出驅動電路、接收控制電路。

  控制電路的主要功能是:

  利用信號來開關逆變器的半導體器件;

  提供操作變頻器的各種控制信號。

  當變頻器出現故障時,它的保護功能自動運行,變頻器立即跳閘,電機由運行狀態到停止,報警指示紅色發光二極管開始閃亮,液晶顯示部分提示報警信息代碼或故障內容。這時可以根據信息代碼來分析判斷變頻器的故障范圍,如果是軟性故障,可將變頻器進行斷電復位。如還不能恢復正常,只能采用手動或自動初始化,初始化正常后按照參數表重新將數據輸入設定。這樣,變頻器就可以在故障較輕的情況下恢復正常使用。若經以上操作后變頻器仍不正常運轉,就要根據故障現象來檢查變頻器損壞的部位,更換元器件或電路板。故障查找時必須按變頻器的提示順序進行。在維修過程中,根據故障情況要用數字萬用表來檢測電子元器件的好壞,如測量不正確就很可能導致錯誤判斷,這將給維修工作造成困難,希望各位同行注意。

3 變頻器常見故障現象和故障處理

  我公司使用的vlt5000系列變頻器在運行中常見的故障有:多種故障錯亂出現(報警5、6、7、8)接地故障(報警14)、電機uvw相丟失(報警31.32.33)、通訊故障等。

  3.1 開關電源損壞

  這是眾多變頻器常發生的故障,通常是由于開關電源的元器件損壞或負載發生短路造成的,丹佛斯變頻器采用了新型脈寬集成控制器uc2844來調整開關電源的輸出,同時uc2844還帶有電流檢測,電壓反饋等功能。當發生無顯示,控制端子無電壓,24v風扇不運轉等現象時我們首先應該考慮開關電源是否損壞(一般為uc2844或電阻損壞)。如果不能判斷是否電源故障,可以外接24v電源進行測試,測試結果一切正常可以判定為電源故障。

  3.2 丹佛斯5011變頻器的液晶顯示屏上顯示字母14報警

  變頻器液晶顯示屏上出現alarm14報警,變頻器不能工作,重新送電后按reset鍵能復位,再啟動時再次報警,查操作手冊為接地報警,檢查電機和相關電纜并無接地故障,也就是說故障在變頻器。分析電路導致接地報警的原因為霍爾傳感器輸出電壓信號到電流取樣板再送到運算放大器進行比較,結果數值過大,(見圖2)查檢測部分霍爾傳感器正常,檢測對陶瓷基薄膜集成電阻r501時測其中的一路阻值因腐蝕已變無窮大致使接地不良,造成信號過強,引起報警,無原件更換,在上面焊同阻值大功率貼片電阻,重新啟動后運行正常。接地故障是平時經常遇到的故障,在排除電機接地存在問題的原因外,最可能發生故障的部分就是霍爾傳感器和信號傳輸電阻,由于它們受溫度、濕度、腐蝕氣體等環境因素的影響較大,工作點很容易發生飄移,導致接地報警。

  3.3 丹佛斯5016變頻器alarm 13過流報警

  變頻器液晶顯示屏上出現alarm13報警,并能手動復位,不升速時正常,加速時就報警,重新送電,沒有聽到內部繼電器吸合的聲音,懷疑為充電電阻r401并聯的接觸器km1短路導致電流過大引起(見圖3),用萬用表測km1線圈兩端電壓正常,停電測線圈直流電阻,為無窮大,換新線圈后上電試車,一切正常。

  過流原因:

  (1)重新啟動時,一升速就跳閘。這是過電流十分嚴重的現象。主要原因有:接觸器開路,負載過重,機械部分故障;逆變模塊損壞;電動機的轉矩過小等。

  (2) 通電后立即報警,這種現象一般不能復位。主要原因有:模塊損壞、驅動電路損壞、電流檢測電路損壞。

  3.4 丹佛斯5006變頻器alarm 8低壓報警

  變頻器液晶顯示屏上出現alarm8報警不能復位,經查線排端子104(1)為電壓檢測點,信號經ic403輸送給控制板,并在內部與參數設定電壓做比較,如果低與參數下限,變頻器就會停車并報警顯示故障(見圖4),測104(11)點無電壓,正常為2.3v說明故障點在前面,測ic403(3)腳無電壓,測d1負極無直流電壓,測變壓器有交流輸出,可以判斷為4r7電阻損壞,換電阻后通電,試運行正常。

  3.5丹佛斯5006變頻器alarm 29 散熱片溫度過高報警

  變頻器液晶顯示屏上出現alarm29報警不能復位,這是我們常碰到的一個故障。出現這種故障時,我們應首先看一下面板的溫度顯示是否超出參數設置的上限,如果超出看是否與現實溫度相符,如果不相符說明檢測電路出現故障,經查顯示溫度與現實不符,測電路(圖5)14v正常,插頭兩端無電壓,查電阻r207、r208阻值為無窮大,更換新件后一切正常。

  3.6 丹佛斯5032變頻器能啟動有頻率無電壓

  變頻器顯示正常,并能啟動且有頻率變化但沒有交流電壓產生,試換控制板故障依舊,說明故障在功率部分,測igbt及相關電路正常,當查到mk1-mk2的排線時,發現排線上有線因腐蝕造成接觸阻值過大,用酒精、尖針修理后確切無誤后重新通電,一切正常。

  3.7 丹佛斯5004變頻器屏幕無顯示,燈頻閃

  變頻器無顯示但燈頻閃,換控制板無變化,懷疑電源部分有故障,上電查功率板的電源各輸出都有明顯的閃動,說明電源有短路故障,斷電用手接觸各元器件,當接觸到圖6的ic408時,發現其溫度過高,用萬用表測量內部已嚴重短路,換新后通電測各電壓正常,帶電機試運行,未發現故障。

  3.8 丹佛斯5006變頻器面板顯示時好時壞

  變頻器面板顯示時好時壞,換控制板故障依舊,懷疑為電源接觸不良,查各電源一切正常,測功率板到控制板之間的線排,發現有線接觸不良,換新后重新上電一切正常。

  3.9 整流橋損壞

  丹佛斯5004變頻器運行時前級保險燒毀,空開跳閘,并且聽到變頻器內部有異常響動,檢查過程中,發現整流橋已損壞,炸出幾條明顯裂縫,測全橋已經短路,經查整流橋的型號為skb30/12參數是電流30a、耐壓1200v完全符合技術要求,因變頻器負載是拖輥、刀盤而且停車慣性大,且停車時有再生過電壓現象,由于再生功率使直流電路電壓升高,有時超過允許值,中間電壓+再生電壓超過整流橋耐壓值,即為整流橋炸裂的原因。根據以上原因,我們對變頻器個別參數進行調整,如減速時間(210)由原5s延長到10s,三相輸出u、v、w加壓敏電阻(接法為△連接、加壓敏電阻的耐壓為1000v)。通過以上改進變頻器的故障率明顯降低。

  三相整流橋模塊檢測方法:將數字萬用表撥到二極管測試檔,用紅、黑兩表筆先后測r、s、t相與p、n極之間的正反向二極管特性,來檢查判斷整流橋是否完好。所測的正反向特性相差越大越好;如正反向為零,說明所檢測的一相已被擊穿短路;如正反向均為無窮大,說明所檢測的一相已經斷路。整流橋模塊只要有一相損壞,就必須更換。

  3.10 igbt的損壞

  (1)igbt模塊因散熱不良導致其損壞

  丹佛斯5006變頻器在運轉中突然發出爆炸聲響,同時外接保險燒毀,拆機發現變頻器的igbt模塊損壞。經過對相關板卡的測試,發現igbt觸發線路損壞,測量其他板塊正常。在拆卸變頻器板卡時發現其電源板和電流檢測板上有很多的油污和灰塵。打開變頻器的散熱片風機,看到散熱片上也粘滿了油污和雜物,將變頻器的散熱通道完全堵死。由此推斷變頻器的igbt模塊因散熱不良導致其損壞。

  維修過程:首先將變頻器完全拆開,將散熱通道的散熱片拆下,用空壓氣體將散熱片清理干凈,同時將變頻器內部結構件和板卡全部清理干凈。安裝igbt模塊,安裝igbt模塊時候要按照模塊的要求,順序安裝,力矩適度。修理觸發線路,然后依次安裝其他器件。安裝結束后進行靜態的測試,靜態測試結果良好后進行通電測試和帶負載試驗。帶負載試驗合格,順利完成維修。

  經驗總結:綜合不同型號和不同的使用環境中的數臺丹佛斯變頻器維修情況,總結出變頻器igbt模塊損壞的主要原因是使用環境的惡劣,使得門極驅動卡上電子元件損壞以及變頻器的散熱通道堵塞導致。最容易損壞的器件是穩壓管及光耦。檢查驅動電路是否有問題,可在斷電時比較一下各路觸發端電阻是否一致。通電開機可測量觸發端的電壓波形。但是有的變頻器不裝入模塊不能開機,這時在模塊p端串入假負載防止檢查時誤碰觸發端或其他線路引起燒壞模塊。

  (2)igbt模塊的簡單測量方法

  變頻器輸出電壓不平衡表現為馬達抖動,轉速不穩,一般沒有經驗是很難判定是哪路驅動有問題,這時可啟動變頻器2hz,用萬用表直流電壓檔分別測:p-u、p-v、p-w及u-n、v-n、w-n的電壓值,這6路電壓這時也會不一樣,那一路偏高則這一路有問題,其原理大家可自己畫圖分析一下。對于igbt模塊,我們介紹最簡單的測量方法(專業不是這樣測量)將數字萬用表撥到二極管測試檔,測試igbt模塊c1、e1、c2、e2之間以及柵極g與e1、e2之間正反向二極管特性,來判斷igbt模塊是否完好。以六相模塊為例。將負載側u、v、w相的導線拆除,使用二極管測試檔,黑表筆接p(集電極c1),紅表筆依次測u、v、w,萬用表顯示數值為無窮大;將表筆反過來,紅表筆接p,黑表筆測u、v、w,萬用表顯示數值為400左右。再將黑表筆接n(發射極e2),紅表筆測u、v、w,萬用表顯示數值為400左右;紅表筆接p,黑表筆測u、v、w,萬用表顯示數值為無窮大。各相之間的正反向特性應相同,若出現差別說明igbt模塊性能變差,應予更換。

  3.11 變頻器檢修順序流程圖

  圖7示出變頻器檢修順序流程圖。

4 日常維護

  操作人員必須熟悉變頻器的基本工作原理、功能特點,具有電工操作基本知識。在對變頻器日常維護之前,必須保證設備總電源全部切斷;并且在變頻器燈完全熄滅的5-30分鐘(根據變頻器的功率)后再進行。應注意檢查電網電壓,改善變頻器、電機及線路的周邊環境,定期清除變頻器內部灰塵,通過加強設備管理最大限度地降低變頻器的故障率。

  (1)冷卻風扇

  變頻器的功率模塊是發熱最嚴重的器件,其連續工作所產生的熱量必須要及時排出,一般風扇的壽命大約為20kh-40kh。按變頻器連續運行折算為3-5年就要更換一次風扇,避免因散熱不良引發故障。

  (2)濾波電容

  中間電路濾波電容:又稱電解電容,其主要作用就是平滑直流電壓,吸收直流中的低頻諧波,它連續工作產生的熱量加上變頻器本身產生的熱量都會加速其電解液的干涸,直接影響其容量的大小。正常情況下電容的使用壽命為5年。建議每年定期檢查電容容量一次,一般其容量減少20%以上應更換。

  在保養的同時要仔細檢查變頻器,定期送電,帶電機工作在2hz的低頻約10min,以確保變頻器工作正常。

  (3)防腐劑的使用

  因我公司的生產特性,各電氣mcc室的腐蝕氣體濃度過大,致使很多電氣設備因腐蝕損壞(包括變頻器)。

  為了解決以上問題我公司專門安裝了一套空調系統,用正壓新鮮風來改善環境條件。為減少腐蝕性氣體對電路板上元器件的腐蝕,我們還要求變頻器生產廠家對線路板進行防腐加工,維修后也要噴涂防腐劑,有效地降低了變頻器的故障率,提高了使用效率。

5 結束語

  變頻器的科技含量較高,是強電與弱電相結合的,但是如果使用不當或偶然事件也會造成變頻器的損壞。要想使變頻器正常的運行少出故障,這對維修人員技術水平要求極高,同時維修技術人員對現場環境、設備、工藝等的充分了解也是十分必要的。以上是本人在變頻器使用與維修中的一點經驗和心得,本文測試儀表均為fluke177型萬用表,如用指針表個別參數可能不一樣。希望與各位同行共同討論希望能給大家提供一些參考,如有不妥之處,請批評指正。

(來源:未知)

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