变频器日常保养及维修方法
由于变频器能适应生产工艺的多方面要求,尤其是在工业自动化控制应用上,交流变频调速技术已经上升为工业自动化控制的主流。交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌,甚至可以超过直流系统。它采用的垒数字控制方式,使信息处理能力大幅度地增强。同时它将实用经验和技巧不断地融入软件功能中,采用模拟控制方式无法实现的复杂控制在今天都已成为可能,使变频器的可靠性、可使用性、可维护性功能得以充实。由于变频器具有调速性能好、调速范围宽和运,行效率高,使用操作方便,且宜于同其它设备接口等一系列优点,所以应用越来越广泛。多年来,我在生产实际应用中不断学习,积累了一些变频器的维护保养和检修的经验,在此进行简单论述,敬请同仁批评指正。
在实际应用中,变频器受周围的温度、湿度、振动、粉尘、腐蚀性气体等环境条件的影响,其性能会有一些变化。如使用合理、维护得当,则能延长使用寿命,并减少因突然故障造成的生产损失。如果使用不当,维护保养工作跟不上去,就会出现运行故障,导致变频器不能正常工作,甚至造成变频器过早的损坏,而影响生产设备的正常运行。因此日常维护与定期检查是必不可少的。
1.1 日常维护与检查
对于连续运行的变频器,可以从外部目视检查运行状态。定期对变频器进行巡视检查,检查变频器运行时是否有异常现象。通常应作如下检查:
(1)环境温度是否正常,要求在-10℃-+40℃范围内,以25℃左右为好}
(2)显示面板上显示的字符是否清楚,是否缺少字符;
(3)变频器在显示面板上显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正常;
(4)变频器风扇运转是否正常,有无异常,散热风道是否通畅
(5)变频器运行中是否有故障报警显示,
(6)用测温仪器检测变频器是否过热,是否有异味;
(7)检查变频器交流输入电压是否超过最大值。极限是418V(380V×1.1),如果主电路外加输入电压超过极限,即使变频器没运行,也会对变频器线路板造成损坏。
定期检查,每年进行一次大修,将检查重点放在变频器日常运行时无法巡视到的部位。
1.2变频器本身的保护:
变频器本身具有各种保护功能,如:负载侧接地保护、短路保护、电流限制、逆变器过热、过载等,其自诊断功能、报警警告功能也特别完善。了解这些功能对于正确使用变频器及故障查找是非常重要的。
我们使用的是ABB变频器,在使用中因受环境条件等因素的影响而陆续出现一些故障现象,在维修过程中,积累了一些故障判断和处理经验,下面以ABB变频器为例,作一介绍:
红灯亮一故障:
传动监视到一个严重的问题或故障,可能会作出下列反应:
点亮传动单元上的红灯LED,指示灯亮或闪烁;
在故障参数(0305到0307)里设置对应相;
控制盘显示故障代码;
运行的电动机停止。
控制盘上的故障代码显示是暂时的,按: MENU(菜单)、ENTER(进入)、UP(上)或DOwN(下)都可清除,如故障依然存在,故障信息会再次出现。
绿灯闪烁一报警:
一般错误,称为报警,诊断显示的建议性的。出现这种错误传动单元通常用下列方式报告发现异常:
传动单元上绿指示灯闪烁(LED),
报警字参数(0308或0309)的相应位-
利用键盘查看报警代码和信息。
几秒钟后报警会从控制盘上消失。报警情况存在,报警信息会周期性的出现。
纠正方法:
使用手册中“故障列表”找出问题,解决;
传动复位。参见手册中“故障复位”方法解决。
当变频器出现故障时,保护功能动作,变频器立即跳闸,电机由运行状态到停止,报警指示红色发光二极管变亮,液晶显示部分提示报警信息代码或故障内容。这时可以根据信息!代码来分析判断变频器的故障范围,如果是软性故障,可将变频器进行断电复位。如还不能-恢复正常,只能采用手动或自动初始化,初始化正常后按照参数表重新将数据输入设定。这样,变频器就可以在故障较轻的情况下恢复正常使用。若经以上操作后变频器仍不正常,就要根据故障现象来检查变频器损坏的部位,更换元器件或电路板。故障查找时必须按变频器的提示顺序进行。
在维修过程中,根据故障情况要用万用表来检测电子元器件的好坏,如测量方法不正确就很可能导致误判断,这将给维修工作造成困难,甚至造成不必要的经济损失。测量方法分为元器件测试和线路板在路测试两种方式。在路测试:断开变频器电源,在不拆动线路板元器件的条件下,测量线路板上的元器件。对于元器件击穿、短路、开路性故障,这种检测方法可以方便快捷的查找出损坏的元器件,但还应考虑线路板上所测元器件与其并联的元器件对测量结果所产生的影响,以免造成误判断错误。下面介绍元器件好坏的判断方法:
3.1 普通二极管的检测
用MF47型万用表测量,将红、黑表笔分别接在二极管的两端,读取读数,再将表笔对调测量。根据两次测量结果判断,通常小功率锗二极管的正向电阻值为300-500Ω,硅二极管约为1kΩ或更大些。锗管反相电阻为几十千欧,硅管反向电阻在500kΩ以上(大功率二极管的数值要小的多)。好的二极管正向电阻较低,反向电阻较大,正反向电阻差值越大越好。
3.2三极管检测
将数字万用表拨到二极管档,用表笔测PN结,如果正向导通,则显示的数字即为PN结的正向压降。先确定集电极和发射极;用表笔测出两个PN结的正向压降,压降大的是发射极e,压降小的是集电极c。在测试两个结时,红表笔接的是公共极,则被测三极管为NPN型,且红表笔所接为基极b-如果黑表笔接的是公共极,则被测三极管是PNP型,且此极为基极b。三极管损坏后PN结有击穿短路和开路两种情况。 在路测试:在路测试三极管,实际上是通过测试PN结的正,反向电阻,来达到判断三极管是否损坏。支路电阻大干PN结正向电阻,正常时所测得正、反向电阻应有明显区别,否则PN结损坏了。支路电阻小于PN结正向电阻时,应将支路断开,否则就无法判断三极管的好坏。
3.3 三相整流桥模块检测
将数字万用表拨到二极管测试档,黑表笔接COM,红表笔接VΩ,用红、黑两表笔先后测3、4、5相与2、1极之间的正反向二极管特性,来检查判断整流桥是否完好。所测的正反向特性相差越大越好,如正反向为零,说明所检测的一相已被击穿短路,如正反向均为无穷大,说明所检测的一相已经断路。整流桥模块只要有一相损坏,就应更换。
3.4 逆变器IGBT模块检测
将数字万用表拨到二极管测试档,测试IGBT模块C1,El、C2,E2之间以及栅极G与E1、E2之间正反向二极管特性,来判断IGBT模块是否完好。
3.5 电解电容器的检测
用MF47型万用表测量时,应针对不同容量的电解电容器选用万用表合适的量程。根据经验,一般情况下,47μF以下的电解电容器可用R×1K档测量。
大于47μF的电解电容器可用R×100档测量。将万用表红表笔接电容器负极,黑表笔接正极,在刚接触的瞬间,万用表指针即向右偏转较大幅度,接着逐渐向左回转,直到停在某一位置(返回无穷大位置)。此时的阻值便是电解电容器的正向漏电阻。此值越大,说明漏电流越小,电容器性能越好。然后,将红、黑表笔对调,万用表指针将重复上述摆动现象。但此时所测阻值为电解电容器的反相漏电阻,此值略小于正向漏电阻。即反相漏电流比正向漏电流要大。实际使用经验表明,电解电容器的漏电阻一般应在几百千欧以上,否则将不能正常工作。
本文结合现场实际情况,对变频器的维护保养和检修过程的心得,在此进行简单论述,敬请同仁批评指正。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。本文按由内到外对故障原因进行认真分析，指出维护方法。
主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10 ℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时，通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5 MΩ以下时，应考虑更换电解电容器（经验值）。
主回路的典型故障：变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判断是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W，分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。如果减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障；而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起，这要求清灰尘和干燥处理。
控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上，通过测量静电容量来判断劣化情况比较困难，一般根据环境温度以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。
冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短，临近使用寿命时，风扇产生震动，噪声增大最后停转，变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承，大约为10000～35000 h。当变频器连续运转时，需要2～3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命，一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。
变频器对安装环境要求比较严格，在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空气加热器等必要措施。除上述几点外，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过20 cm；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离；变频器控制回路配线绞合节距离应在15 mm以上，与主回路保持10 cm以上的间距。
电源异常时为保证设备的正常运行，附近有直接启动的电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，其电源应和变频器的电源分离，减小相互影响。要求瞬时停电后仍能继续运行的设备，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑电机负载的降速比例。当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时，失压回复后，通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。对于要求必须连续运行的设备，应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态，但也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大，及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路开闭会产生较高的冲击电压。为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件。真空断路器应增加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，应在控制时序上，保证真空断路器动作前先将变频器断开。
如负载侧接地保护、短路保护、电流限制、逆变器过热、过载等，其自诊断功能、报警警告功能也特别完善。了解这些功能对于正确使用变频器及故障查找是非常重要的，看懂故障代码的意义（查对应变频器的手册）就知道问题在那里。
检查运行时是否有异常现象。通常应作如下检查：
（1）环境温度是否正常，要求在-10℃～+40℃范围内，以25℃左右为好。
（2）变频器在显示面板上显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正常。
（3）显示面板上显示的字符是否清楚，是否缺少字符。
（4）用测温仪器检测变频器是否过热，是否有异味。
（5）变频器风扇运转是否正常，有无异常，散热风道是否通畅。
（6）变频器运行中是否有故障报警显示。
（7）检查变频器交流输入电压是否超过最大值。极限是418V（380V×1.1），如果主电路外加输入电压超过极限，即使变频器没运行，也会对变频器线路板造成损坏。
