起重机变频器调试与维护中常见故障分析

2012-04-10黎新民赵荣华

河南建材 2012年2期

黎新民赵荣华

安阳钢铁股份有限公司（455004）

0 概述

随着变频技术的日益发展，变频调速系统相对传统的继电器接触器控制系统有了较高的性价比，使变频器在起重机上的应用不断增长。因此，变频器的故障诊断也已成为起重机电控系统故障诊断的重要组成部分之一。变频器产生故障的因素，有硬件方面的，也有因使用维护不当造成的。对于硬件故障,要通过检测找到故障件并进行修复或更换。通常查找重点放在I／O扩展模块、接线端子等地方。而对于主电路板、电机控制和I／O板、控制盘的电路，由于其集成度极高且与其他电路之间都有可靠的隔离措施，因此故障率很低。即使发生故障，现场条件和常规手段也难以检测,所以应与供应商联系，若有问题要更换电路板。对于使用维护方面的问题，应以变频器自诊断或保护功能动作时显示的信息为线索，对照电气原理图和其他相关图纸，进行分析，采用相应的检测手段找到故障点并修复。

1 常见故障

1.1 变频器无输出电压

输入变频器启动指令后,如变频器无输出电压，可能是以下原因。

1）主回路未接通。依照原理图，检查主回路通道中所有开关、熔断器、接触器及电力电子器件是否完好，导线接头有无接触不良或松脱。2）控制回路接线有错误，变频器为正确启动。以变频器说明书为依据，对照原理图及接线图认真核对控制回路接线，找出错误处并加以纠正。

1.2 变频器接地故障

1）变频器输出滤波器与变频器不匹配，造成输出侧高频短路。2）电机受潮或进水造成电机接地短路。3）线路受损接地。

1.3 电动机不能正常升速

1）变频器输入信号不正确。调速电位器或凸轮触点接触不良，或相关元件损坏，或端子松动及断线，使变频器给定值不能升高，导致电动机不能正常升速。2）交流电源或变频器输出缺相。电源缺相使变频器输出电压降低，变频器输出缺相造成三相电压不对称而产生负序转矩，都会使电动机电磁转矩变小，不能驱动负载加速。此时应检查熔丝有无熔断，导线接头有无松落断路，逆变桥晶闸管是否损坏或有无触发脉冲等现象。3）变频器参数中频率或电流设定值偏小。如果频率设定在低值点上，频率就会受到限制而无法升高，电机不能高速。如果电流设定值偏小,产生最大转矩的能力就会被限制，使电动机不能加速。若电流设定值已达变频器的最大值，则可能变频器容量偏小，需要更换更大容量的变频器。若为闭环矢量控制，则可能自学习不成功，在轻载时工作正常，重载时由于特性差而不能加速。此时应检查电机参数输入是否正确并再次自学习。

1.4 机构运转不稳或不能平滑调节

这种故障出现无规律性且多为短暂性。主要有以下情况:1）电源为临时电，同时现场电焊机等众多设备工作无规律，造成电压不稳定，使机构工作也不稳定。2）负载不正式、不稳定。3）外界噪音使变频器信号受干扰变化。应考虑使用屏蔽电缆，或增设进线滤波器等措施。

1.5 过电流故障

对于变频器在调试与试运行期间出现过电流故障，可从电源、负载、变频器、振荡干扰等方面找原因。1）电源电压超限或缺相。电压超限应按说明书规定的范围进行调整。无论电源缺相或变频器缺相，都会导致电动机转矩减小而过流。2）负载过重或负载侧短路。重点检查机组有无异声、振动和卡滞现象，是否因工艺条件或操作方法的改变而造成超载。负载侧短路或接地，可用兆欧表进行检测。逆变器同一桥臂的两只晶体管同时导通也会形成短路。3）变频器设定值不合适。①电压频率曲线中电压提升大于频率提升，破坏了U1／fi的比例关系，造成低频率高压而过流；②加速时间过短，所需加速转矩过大而造成过流;③减速制动时间设定过短，机组迅速再生发电回馈给中间回路，造成中间回路电压过高和制动回路过流。4）振荡过流。一般在以某转速(频率)运行时发生。主要原因有两个:①电气频率与机械频率发生共振；②纯电气回路引起如功率开关管的死区控制时间，中间直流回路电容电压的波动，电动机滞后电流的影响及外界干扰源的干扰等。对于第一种情况，降低载波频率可能减小共振。在找出发生共振的频率范围后，利用跳跃频率功能跳过该共振频率。值得注意的是，使用变频器驱动大惯量如大车机构时，常由一个变频器驱动多个电机，采用V／f控制方式。当要求起制动较快时(如2秒)，则往往出现大车起制动振动剧烈，同时常伴有变频器过流。这与机械传动回路间隙成正比有很大关系。因此，应在机械减少间隙的同时采取减震措施。大车电机悬浮可摆动安装就是这一事例的成功应用。5）变频器容量偏小，应考虑换成大容量的变频器。

1.6 过电压故障

在机构减速制动时变频器常发生过电压故障，其原因大都与中间回路及制动环节有关,主要是:1）电源电压过高，一般超过10%以上。2）制动电阻阻值过大或损坏，无法及时释放回馈的能量而造成过电压。3）中间回路滤波器电容失效容量变小或检测电路故障。应认真检查电容器有无异味、变色，安全阀是否胀出，箱体有无变形及漏液等现象。4）减速时间设定过短。5）对于安川CIMR—G5A4系列变频器，由于工厂现场电源一般为AC380V，所以应重新设定变频器及制动斩波器电源电压使之与其一致，以免起制动时变频器出现过电压故障。

1.7 低电压故障

电源方面的主要问题:1）交流电压过低或缺相。2）供电变压器容量较小，线路阻抗过大，带载后变压器及线路压降过大而造成变频器输入电压偏低。3）变频器整流桥二极管损坏而使整流电压降低。

1.8 过热故障

1）环境温度过高。2）内部冷却风扇损坏或运转不正常。3）通风口罩栅被杂物堵塞。4）负载过重。

1.9 变频器谐波干扰

采用变频器作驱动的起重机一般均配置PLC控制系统，以提高整机的自动化程度。这时PLC系统可能受变频器谐波干扰出现误动作，特别是操作信号与限位开关信号极易受干扰而失真。最常见的原因是电气线路较长(超过100 m)，变频电机动力线与限位开关以及操作信号等控制线并行敷设距离较长，特别是拖动电缆部分。触点信号输入PLC输入模块时，受变频器高频谐波干扰，线路漏电流增大，即使输入的开点为（0），PLC也可能失真为闭点造成PLC系统故障。

为解决谐波干扰，主要采取以下措施:1)缩短控制线路长度。PLC系统采用集散结构，例如在起重机各部位设置PLC从站,共用一个PLC主站来实现集中控制与分布式布置，同时各PLC之间通过屏蔽电缆通讯，拖动部位可采用光缆。这样，各部位控制线只需在内部走线，大大缩短了线路长度，降低了高次谐波干扰。2）控制信号通过中间继电器输入PLC，可有效解除谐波干扰。3）控制信号线采用屏蔽电缆。4）变频器输出端加滤波器，变频电机动力线采用屏蔽电缆。5）把PLC装置做成柜或置于单独的PLC室中，可降低变频器等驱动装置对PLC装置的影响。

上述均为调试维护中发生几率较高的故障，通过检测分析，一般都可较快找到故障点，并有效地加以解决。