變頻器的故障和排除方法PPT課件.ppt

變頻器故障排除精要 鄒少明廣東省深圳市 1 了解本次課程的內(nèi)容 1 變頻器的主電路分解和故障分析2 變頻器的外接部件和應(yīng)用3 變頻器的常見故障分析4 變頻器的維護 2 1 電壓型變頻器的實際主電路圖 3 1 1 整流電路 大功率變頻器一般都有a 直接充電b 加入限流電阻 4 1 2 整流與濾波電路 整流與濾波電路 由于目前電容制作技術(shù)的限制 大容量的電容耐壓沒法做得很高 最大450V 因而采用多組串并聯(lián)方式設(shè)計 電容的容量是跟據(jù)負載應(yīng)用在最大功率時所產(chǎn)生的RC放電所需的脈動直流的平波設(shè)計 功率越大的變頻器 所帶的負載等效阻抗越小 平波電容容量必須越大 5 1 3 直流電源安全指示 所有變頻器都有 6 1 4 限流充電電路 通電時 直流電壓通過RES電阻對電容進行限流充電 當電容兩端電壓大于80 UD時 接通T8或K1進行短接 有些變頻器 如電梯專用型 則在第一次運行信號時接通控制 國外變頻器通常使用晶閘管 T8 國產(chǎn)變頻器通常使用接觸器 虛線圈內(nèi)K1 小功率進口變頻器的整流 逆變 T8集成在一塊模塊中 7 1 5 逆變電路 a 逆變電路b 輸出電壓實際波形c 輸出電壓等效波形 8 1 6 逆變電路的工作特點 a 空載示意圖b 矢量圖c 電路圖d 電壓 電流曲線續(xù)流二極管作用 作為無功交換和反向發(fā)電能源通道電動機驅(qū)動狀態(tài) 9 1 7 制動電路與制動單元 制動單元是變頻器外選件 用于損耗再生過電壓 保護變頻器內(nèi)部電路安全 制動單元內(nèi)部主要是直流母線電壓檢測電路 當檢測到母線電壓高于600V極限值時 控制T7導通 電壓越高 T7導通度越寬 在起重設(shè)備中必需使用制動單元 在其它工業(yè)設(shè)備中比較少用 當變頻器使用中經(jīng)常出現(xiàn)過電壓保護報警停機時 且調(diào)長減速時間無效的情況下才選用 選用制動單元 必須與變頻器的功率匹配 每一本變頻器的手冊都有制動單元的選用參數(shù) 小功率變頻器的功率模塊中通常集成有T7 制動IGBT 制動電阻采用外接方式 5 5KW以上變頻器使用外接制動單元和接動電阻柜 有過溫度保護 這是為了保護制動單元內(nèi)部的IGBT在工作中可能會產(chǎn)生擊穿而導致火警事故 10 1 8 變頻器的檢測電路和作用 11 1 9 變頻器檢測電路說明 開關(guān)電源 有專用外接AC端口和內(nèi)部直流母線直接端口兩種 這兩種在應(yīng)用中都有 給整個控制電路提供電源 分為單級或二級 直流母線檢測電路 檢測直流線母電壓 供顯示 矢量 報警 制動等控制用 輸出電壓檢測電路 檢測輸出電壓 供顯示 矢量 有功 無功 視在功率 功率因素等算法用 輸出電流檢測電路 檢測三相輸出電流 供顯示 矢量 有功 無功 視在功率 功率因素算法用和報警用 底板溫度檢測電路 檢測變頻器底板溫度 一般傳感器安裝在模塊底部 小功率變頻器模塊中也有些集成了溫度傳感器 馬達溫度檢測電路 外接PTC溫度傳感器在馬達的機身上 檢測馬達的溫度 一般變頻器都有該項功能 執(zhí)行該項功能時 變頻器必須設(shè)定其中一個多功能端子為PTC功能 風扇運行和檢測電路 控制和檢測變頻器自身的散熱風扇 一般變頻器自身散熱風扇有底板散熱風扇和主控板散熱風扇 安川變頻器 12 1 10 變頻器主電路的外接接口 13 1 11 V A節(jié)能控制 A V節(jié)能控制 即時跟據(jù)負載有功電流來調(diào)整電壓 是每種新變頻器必備的功能 在運行中 不但要兼顧V F控制模式 還要在當馬達輕載時跟據(jù)輸出電流來調(diào)整輸出電壓 新型變頻一般都有該項功能 該項功能要在參數(shù)中激活才有效 如下圖所示 說明 力矩型變頻器一般不需要該項功能 所以沒有該項參數(shù)調(diào)整 變頻調(diào)整該項參數(shù)后 對力矩調(diào)整會產(chǎn)生影響 當變頻器電流檢測電路損壞后 執(zhí)行該項功能可能會導致馬達損壞 該項功能在加減速過程中無效 啟動完變頻器后才生效 說明 變頻器才用節(jié)能控制時會導致輸出力矩減少 14 2 變頻器接線中常見的問題 15 2 1 輸出不能接電容 輸出側(cè)接電容器的后果調(diào)制頻率太高 電容容抗1 WC很小 相當于短路 16 2 2 電源反接 17 2 3 輸出不能突然斷開 跟據(jù)上面分析 會產(chǎn)生瞬變和浪涌過電壓 18 2 4 自由停機要考慮的措施 跟據(jù)上面的分析 當變頻器基極封鎖號MRS接通或采取自由停機模式時 負載由于慣性的存在 相當于發(fā)電機 且由于輸入端產(chǎn)生的瞬變過電壓 前后夾攻變頻器 在有必要的情況下 加裝KM1和KM2來應(yīng)對自由停機產(chǎn)生的報警 在極限的情況下 設(shè)置變頻器自動報警復位功能來維持生產(chǎn)的正常運行 19 3 變頻器外接部件 20 1 2 主電路接線圖 21 3 1主接線端子圖 說明 目前多數(shù)變器的電源輸入端標號為R S T 在變頻器左邊 馬達輸出端標號為U V W 在馬達右邊 但是老款的ABB變頻器電源輸入端為U1 V1 W1在馬達右邊 馬達輸出端為U2 V2 W2在馬達左邊 千萬別接錯 22 3 2 輸入和輸出高頻電抗器 DI DT濾波器 應(yīng)用 輸入和輸出高頻電抗器 用鐵氧鐵做成磁環(huán)形狀 很脆 受力容量裂開 使用中要特別注意 輸入輸出電線要三條一起繞在磁環(huán)中 匝數(shù)越多效果越好 價格只有幾元至幾十元一個 比較便宜 用于消除變頻器對外電源和空間幅謝的高頻干擾 當變頻器對周邊控制儀表 電腦 外部模擬量控制出現(xiàn)干擾時 必須先考慮加裝高頻電抗器 若還出現(xiàn)干擾就要加裝低頻電抗器 也可以用諧波表對線路進行高次諧波分析 頻率高于1000HZ用高頻電抗 以下用低頻電抗 23 3 3 輸入和輸出低頻電抗器 正弦濾波器 應(yīng)用 輸入和輸出低頻電抗器 用矽鋼片和線圈做成 非常重 價格從幾十元到幾萬元視輸入功率選配 具體參見手冊 輸入端接電抗器主要應(yīng)用在變頻器對周邊儀表或電腦產(chǎn)生的干擾 輸出端接電抗器主要應(yīng)用在對無線電系統(tǒng) 視頻或音頻信號產(chǎn)生干擾 當出現(xiàn)諧波頻率少于1000Hz的干擾時 就必須接低頻電抗器 要注意 變頻器的輸入和輸出主電線不能與任何低壓和信號電線同一線槽 長距離時 必須接輸出電抗 24 3 4 直流電抗器應(yīng)用 直流電抗器 主要是用強磁鐵芯和線圈構(gòu)成 接在P1和P2之間 用于變頻器直流側(cè) 直流是帶紋波的 因整流方式的不同 紋波的幅值和頻率也不同 主要作用是平波 提高功率因數(shù) 一般進口變頻器都自帶有直流電抗器 當變頻器制動單元工作時 一般都必需裝有直流電抗器 可以減少制動電阻對電源的損耗和發(fā)熱 當變頻器經(jīng)常出現(xiàn)炸整流模塊現(xiàn)象時 當變頻器接了輸入輸出電抗器還出現(xiàn)對外干擾時要考慮加裝 25 4 變頻器的控制端子 26 4 1 變頻器的控制方框圖 1 PU口 接變頻器的操作面板2 可定義控制端 控制變頻器的運行操作和特殊功能執(zhí)行 該端口在變器上標出的符號為出廠默認模式 符號功能可以通過變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定更改3 模擬量輸入端 頻率調(diào)節(jié)電位器輸入 4 20MA輸入 0 10V輸入 可定義為0 5V輸入 該部分端子有些牌子的變頻器可定義其輸入的信號類型 功能和操作 4 485通訊端 與計算機或PLC能訊 控制變頻器運行操作和頻率設(shè)定等等 5 NVROM 變頻器的程序存貯器 分為兩個區(qū)域 系統(tǒng)程序區(qū)和用戶程序區(qū) 變頻器開機后 CPU會跟據(jù)系統(tǒng)程序區(qū)的要求 調(diào)用用戶程序區(qū)的內(nèi)容對變頻器進行操作 在系統(tǒng)程序區(qū)內(nèi)部有備份的參數(shù)單元 如果出現(xiàn)參數(shù)錯亂可直接調(diào)用出廠參數(shù) 恢復出廠模式 0 5F電容為NVROM提供約10秒的供電時間 在運行瞬間斷電時保存數(shù)據(jù)6 可定義輸出端 與2 同理 輸出包含有頻率到達 電壓 電流 轉(zhuǎn)速等參數(shù) 可定義在某一端口輸出 包含模擬量輸出和晶體管共陰開關(guān)量輸出 7 可定繼電器 一個變頻器有一個或多個繼電器報警輸出 其報警內(nèi)容可跟據(jù)參數(shù)進行設(shè)定 8 整流電路和逆變電路在上面內(nèi)容己作說明 9 開關(guān)電源 提供控制電路電源有 15V供塑變IGBT驅(qū)動 和外圍使用 5V提供CPU控制電路 24V供外部 27 4 2 數(shù)字量多功能可設(shè)置輸入端子原理 端了上標的符號為默認功能符號 變頻器可以通過參數(shù)PR178 PR189來定義其功能 該電路中輸入方式可改為源型邏輯 PNP 和漏型邏輯 NPN STF 變頻器正轉(zhuǎn) STR 變頻器反轉(zhuǎn) STOP 應(yīng)用于3線型的停止按鈕 RH 第一段速度 對應(yīng)PR4的設(shè)定 RM 第二段速度 對應(yīng)PR5設(shè)定RL 第三段速度 對應(yīng)PR6的設(shè)定 JOG 變頻器點動 對應(yīng)參數(shù)為PR15 16設(shè)定為點動頻率和點動加速時間 RT 第二馬達參數(shù)運行功能激活 當變頻器分時拖動兩臺不同功率馬達時 所需的不同運行參數(shù)和馬達參數(shù) MRS 基極封鎖 用在緊急停機控制 當該端子接通時或斷開時 常開型或常閉型 變頻器立即封鎖IGBT觸發(fā)信號 無條件執(zhí)行自由停機 RES 變頻器遠程故障復位信號 AU 變頻器模擬量輸入端口選擇 選擇電壓 電流 電位器其中一種做為輸出頻率控制 CS 變頻器停電再啟動 相當馬達再啟動功能在電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)晃電時可以采用 參照PR57REX 十六段速度設(shè)置功能SD 控制端子的公共端PC 與SD對外提供24V 0 5A電源 28 4 3數(shù)字量多功能輸入端的內(nèi)電路圖和功能作用 變頻器中使用的光耦導通電流在3ma 15ma 由此可以算出 如果輸入控制信號源阻抗在8K以內(nèi)都能正常識別 這樣對開關(guān)的接觸電阻要求較低 對外能提供8MA的電流 為常用接近開關(guān)提供足夠的工作電流 29 4 4 數(shù)字量多功能可設(shè)置輸出端子 說明 繼電器輸出端子可以控制250V 0 5A交流和30V 1A直流 通過PR195和PR196可以改變繼電器的功能 晶體管輸出端子可以控制30V 0 3電流 通用MY型24V繼電器吸合電流為10MA 電路中所有符號為出廠的默認功能 使用中可以跟據(jù)需要通過參數(shù)進行功能修改繼電器1 變頻器有任何異常時吸合 同時顯示報警代碼 輸出停止 繼電器2功能待定 RUN 變頻器運行時導通 電梯 SU 變頻器頻率到達信號 PR41電梯 IPF 電網(wǎng)閃電再來電信號 自啟動 OL 馬達過載FU 頻率檢測 PR42 SE 公共端具體內(nèi)容詳見手冊A700第35頁 如下接線圖 30 2 變頻器的主電路常見故障現(xiàn)象和故障分析 變頻器的主電路及測量當變頻器剛上電源時的瞬間 濾波電容C1的充電電流很大 過大的充擊電流易使三相整流橋的二極管損壞 為保護整流橋 在變頻器剛接通電源后的一段時間里 電路內(nèi)串入限流電阻R1 將電容C1的充電電流限制在允許范圍內(nèi) 當電容C1的充電到一定程度時 令KM接通 將限流電阻R1短路掉 一般地 當C1充電到80 Ud左右時 CPU檢測后判斷運行正常時 KM吸合 將限流電阻R1短路掉 該電路可能出現(xiàn)的問題 1 接上電源后空氣開關(guān)會馬上跳閘 檢查IGBT 檢查整流電路 目測器件2 整流輸也電壓不足 正常是600V直流左右 檢查輸入接線整流橋 用萬用表查P1和RST N和RST3 開機后變頻器跳過電流報警 有一個以上IGBT和G和E短路 輸出缺相4 當負載有高速波動時 出現(xiàn)過電壓 檢查氣化鋅和齊納是否開路5 馬達轉(zhuǎn)速不正常 有一組IGBTG極損壞 常見原因是對E短路開機不接負載檢查三相電壓6 開機正常 啟動后即出現(xiàn)過電流 有多個IGBT的G對E短路 空載查輸出三相電壓 注意驅(qū)動信號 31 5 變頻器的故障分析 32 2020 2 5 33 5 1 變頻器的控制電路常見故障現(xiàn)象和故障分析 1 輸入控制電路端子失效 輸入摸擬量端 包括電位器端不正常 在檢查之前必須將所有參數(shù)調(diào)為出廠模式之后 檢查操作模式參數(shù)是不是在內(nèi)部控制方式 然后按下面板的的頻率增加按鈕 將輸出頻率調(diào)整到50HZ 按下啟動按鈕 如果馬達不運轉(zhuǎn) 則是控板故障 需要檢修 若是正常 則將操作模式的控制源設(shè)置為外部控制 頻率控制源設(shè)置為內(nèi)部控制 接正SD和STF 若電機運轉(zhuǎn)不正常 轉(zhuǎn)2 若正常 再將頻率控制源設(shè)定為外部 若不正常 轉(zhuǎn)3 若正常 將頻率控制源設(shè)置為第一路4 20MA輸入 注意檢查上下限頻率和增益 若不正 轉(zhuǎn)4 若正常 將將頻率控制源設(shè)置為第二路4 20MA輸入 正常則檢查完畢 是參數(shù)出錯的問題 若不正常 則該輸入端損壞 2 該端損壞 斷開該端和SD 在這兩端加接上數(shù)字表 如有12 24V電壓 則主板控制損壞 若無電壓則該端損壞可用萬用表同樣檢查其它端子 應(yīng)急情況下可以用其它端子通過參數(shù)表設(shè)定為該端的功能 3 該端損壞 要用4 24MA端子通過參數(shù)設(shè)置為0 5V再接上電位器代替4 該端損壞 用通過設(shè)置參數(shù)用另一端設(shè)置檢查變頻器建議用數(shù)字式萬用表 34 4 2主板驅(qū)動電源電路 1 該電路的場效應(yīng)管是電源模塊內(nèi)部 損壞后要更換整塊電流模塊2 開機后接在空變頻器輸入電源上的空氣開關(guān)不跳閘 但無顯示 有顯示但亂碼 應(yīng)檢查FUSE是否損壞 場效應(yīng)管有沒有擊穿 若都沒有問題 應(yīng)檢驅(qū)動電路及驅(qū)動電路電源 輸出5V電壓是否正常 電容是否失效3 顯示正常 出現(xiàn)過電流或過電壓 過熱 輸入端子控失效 模擬量輸入失效或不線性 應(yīng)檢查24V輸出端電容是否失效 電壓是否正常 35 5 2 變頻器的輔助電源實際電路 36 5 3 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路是將主控電路中CPU產(chǎn)生的六個PWM信號 經(jīng)光電隔離和放大后 作為逆變電路的換流器件 逆變模塊 提供驅(qū)動信號 對驅(qū)動電路的各種要求 因換流器件的不同而異 同時 一些開發(fā)商開發(fā)了許多適宜各種換流器件的專用驅(qū)動模塊 有些品牌 型號的變頻器直接采用專用驅(qū)動模塊 但是 大部分的變頻器采用驅(qū)動電路 從修理的角度考慮 這里介紹較典型的驅(qū)動電路驅(qū)動電路由隔離放大電路 驅(qū)動放大電路和驅(qū)動電路電源組成 三個上橋臂驅(qū)動電路是三個獨立驅(qū)動電源電路 三個下橋臂驅(qū)動電路是一個公共的驅(qū)動電源電路 有很多變頻器采用三個橋臂分開三路電源 如富士G11 一般該電路在30KW以上變頻中才用到 30KW以下都是六只光耦直接驅(qū)動IGBT模塊 故障現(xiàn)象 馬達來回抖動或不啟動 斷開馬達 在面板控制模式下 空載啟動 如果輸出UVW三相電壓不平均 確認IGBT模塊末損壞后 則電壓最低那相出問題 也可以每相對N檢查一遍 再每相對P 檢查一遍 結(jié)果就很明確 也可以用數(shù)字萬用表接上兩只相反反向兩只二極管 各相檢查直流分量是否過高 再判斷那一相出問題 一相下拉三極管損壞會導致一開機末啟動變頻器有電流 輸出電壓不平均 原因是三極管損壞導致IGBT無法關(guān)死 二相下拉三極管損壞導致開機跳閘 開機有電流 空載正常一帶負載則跳閘或過電流 馬達抖動一相上拉三極管損壞會導致開機正常 運行后馬達有抱死現(xiàn)象 過電流保護 該相輸出電偏小二相上拉三極管損壞會導致馬達無電壓驅(qū)動 37 5 4 保護電路 該電路是用在電流檢測電路 電壓檢測電路 溫度檢測電路 溫度檢測電路在IGBT和整流模塊中都有 電壓檢測電路在P 端檢測 電流檢測電路跟據(jù)變頻不同 有的變頻器在母線端檢測 有的在輸出UVW末端的輸出端子前檢測 當變頻器出現(xiàn)異常時 為了使變頻器因異常造成的損失減少到最小 甚至減少到零 每個品牌的變頻器都很重視保護功能 都設(shè)法增加保護功能 提高保護功能的有效性 在變頻器保護功能的領(lǐng)域 廠商可謂使盡解數(shù) 作好文章 這樣 也就形成了變頻器保護電路的多樣性和復雜性 有常規(guī)的檢測保護電路 軟件綜合保護功能 有些變頻器的驅(qū)動電路模塊 智能功率模塊 整流逆變組合模塊等 內(nèi)部都具有保護功能 下圖所示的電路是較典型的過流檢測保護電路 由電流取樣 信號隔離放大 信號放大輸出三部分組成 該電路損壞 會出現(xiàn)過電流故障 過電壓故障 過熱故障 或無電流故障如果無電流或檢查電流小和故障 當馬達進入節(jié)能模式后 就不按VF進行控制 按VA進行控制 A是馬達的額定電流 V是額定電壓 V會隨著馬達的額定電流與當前電流值的比例進行線性比例變化 啟動加速或停止減速還是按正常的VF變化控制 如果檢測電路故障 電流顯示很小 在馬達控制頻率高于40HZ時會出現(xiàn)在加速過程中馬達正常 但加速完畢馬達聲音很悶 輸出三相電壓雖然是平衡 但是只有一二百伏 應(yīng)急使用可將變頻器節(jié)能模式關(guān)掉 38 6 變頻器的常見故障分析 39 6 1 變頻器的過壓 過流 過載 接地 欠壓 跳閘 無顯示綜合故障分析 1 過電壓分析過電壓 指的是直流母線過電壓 主要是由于電源輸入電壓瞬變過高 負載慣性過大時減速時間過短 變頻器主電路中濾波電容兩端的電壓檢測電路損壞引起 負荷在運行經(jīng)常出現(xiàn)過電壓保護 則應(yīng)增加減速時間和加裝制動單元或反饋單元來解決問題 可以查看變頻器顯示屏顯示的母線電壓 再用萬用表檢查PN端電壓是否吻合 偏差過大為變頻器電壓檢測電路損壞 這只現(xiàn)象較少見 40 6 2過電流分析 過電流 當變頻器檢測到輸出UVW三相中一相以上電流值在頻率VF比值與電子熱保護百分比值超出120 以上時 會出現(xiàn)過電流保護 1 設(shè)備在啟動過程中 運行過程中頻率變化時出現(xiàn)過電流 主要是加速時間過短 調(diào)整加速時間來滿足要求 西門子常見 2 設(shè)備啟動正常 運行啟動完畢馬達嗡嗡響 外接電流表電流很大 但查看變頻器面板顯示電流很小 不跳過電流保護 一按下停止按鈕后馬達減速停止中又正常 該現(xiàn)象主要是馬達電流檢測電路故障同時節(jié)能模式啟動 變頻器需要維修 應(yīng)急使用可以關(guān)閉節(jié)能模式正常使用 富士G11常見故障 3 運行中偶爾出現(xiàn)過電流 馬達運行中偶然出現(xiàn)力矩不足導致瞬間堵轉(zhuǎn) 力矩過大導致馬達勵磁飽和 增加或減少輸出馬達力矩 力矩提升 調(diào)整VF比值 關(guān)閉節(jié)能模式 適當調(diào)高電子熱保護 西門子大功率矢量型VC34常見 別外 當變頻器采用外部頻率控制模式時 模擬信號線受到干擾也會出現(xiàn)該現(xiàn)象 需加屏蔽線且只一端懸空 最后這種現(xiàn)象很少見 但出現(xiàn)過 41 過電流分析 4 變頻器一運行 馬達出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不正常 馬達轉(zhuǎn)動有異響 發(fā)熱嚴重 主要是馬達缺相 IGBT驅(qū)動電路六級中有一組組以上損壞 IGBT有一只G極損壞 檢查馬達 如果馬達沒有問題則應(yīng)維修變頻器 科比 富士常見 5 變頻器通電正常 一運行即出現(xiàn)過電流報警 輸出至馬達導線短路 馬達電樞線圈燒毀嚴重 六只IGBT中有一只擊穿 有二級IGBT驅(qū)動電路或G極損壞 6 變頻器一通電即出現(xiàn)過電流 運行中頻繁出現(xiàn)過電流 但是負荷是正常的 該問題是變頻器電流檢測器件出問題 7 運行中馬達振動 一會后出現(xiàn)過電流報警 檢查馬達空載50HZ時 三相輸出電壓跳動 跳動貼值超過10 主要是電流檢測電路引起 一般三菱FA024系列出現(xiàn) 因為變頻器的輸出三相平衡是跟據(jù)檢測的電流獨相調(diào)整的 如果有一相電流檢測器不正常 則馬達輸出電壓跳動 42 6 3過載 接地分析 過載指的是馬達運行中 UVW三相中有一相以上電流值在VF比值和電子熱保護比值100 120 間 連續(xù)時間超10秒標準值后出現(xiàn) 重點應(yīng)檢查電機 軸承 電機經(jīng)常在低頻情況下工作而發(fā)熱嚴重 接地指的是馬達運行中 三相電流代數(shù)不為零 1 變頻器一通電就出現(xiàn)接地故障 一般為變頻器內(nèi)部電容漏電引起的誤報故障 2 變頻器一運行就接地故障 出現(xiàn)為馬達有一相接地 接線端子或變頻器內(nèi)部積塵漏電 變頻器接地零序電流參數(shù)調(diào)整太小 3 運行中偶然出現(xiàn)接地故障 載波頻率過高 馬達電纜太長引起 可以加裝輸出低頻 正弦 電抗器或減少載波頻率 43 6 4欠壓分析 欠壓指的是直流母線電壓低于直流500V時出現(xiàn) 1 變頻器一通電出現(xiàn)欠壓 電壓檢測電路損壞 限流充電電阻變大 濾波電容失效 2 變