升降机变频器过流故障问题的解决

周晓辉，胡会山，张 旭

Zhou Xiaohui, Hu Huishan, Zhang Xu

（长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

0 引 言

升降机在工件交接过程中以其控制简单、方便而普遍应用。目前，我公司焊装车间在前机舱底板线吊上工位、后地板线吊上工位采用单柱链式升降机，升降电机采用三菱A700系列变频器控制。故障发生在前机舱底板线吊上工位，升降机将工件吊装完毕后，刚上升时升降电机变频器频繁发生过流保护，导致线体不能正常运行。

1 原因分析

升降机在运行过程中发生滑轮组抖动现象，在吊装工件上升过程中变频器报过电流故障以及升降机电机发热、发烫，导致设备不能正常运行。发生故障后通过对现场问题分析，总结出以下 3个方面。

1）升降机负载过大，导致瞬间电流过高

此故障问题不但影响生产，电流过高对现场电气系统、设备元件也产生了潜在危险。前机舱底板线自行小车升降机采用的是 SEW 减速电机，电气控制使用变频器调速，并通过现场PLC将变频器报警信息连入系统程序进行联锁控制。现场升降机在空车下降过程中运行比较平稳，但是在吊上工件向上加速运行时发生变频器报警。现场工件重量与升降机电机负载如表1、表2所示。

表1 工件重量

表2 链式升降机属性

由于现场使用的是单柱链式升降机，升降中需要带动自行小车以及相关固定框架、轨道、滑触线等配件结构，且立柱、滑轮组等升降机配件机械结构比较粗糙，安装平整度精度低；同时升降机上部框架较重，形成“头重脚轻”现象（图1），造成升降机主体向前倾，升降机滑轮组在运行中受力不均匀（图2），升降过程中摩擦系数增大，使升降机整体负荷增大。当变频器带动电机运行中瞬间受到高电流冲击，导致超过变频器运行允许电流，造成变频器报警。

2）过程分析

在发生故障时变频器报“0L”故障，经过查询是由于过电流造成，如图3。监控升降机运行过程中各个阶段的电流测量值如表3。

表3 电流测量值

通过表 3可知升降机在吊装工件后，上升过程中电流超过变频器设定的最大电流值，造成过电流报警现象。经分析，得出造成变频器过电流报警的原因如表4。

表4 过电流原因

通过对故障起因的分析，对变频器参数进行了相应调整。

（1）如果转矩提升设定值过大，可能会引起热状态过电流切断，发生变频器“0L”过电流报警。调节方式为带上负载后观察电机动作，每次把转矩设定值降低1%左右（图4）进行调整。

（2）如果在上升时加速时间设置过短，一定时间内频率急速变大，且转矩增加，变频器瞬时负荷增大，也可以造成变频器报警现象（见图5、图6），可以通过增大升降机加速时间防止问题发生。

（3）由于在发生报警时电机发烫有振动现象，且升降机为单柱链式，上升过程中重心不稳造成整体框架摇晃，升降机配重滑轮组受力不均，电机负荷加大。

在检查电机中发现：电机在制动时振动、发出噪声，升降机上升不稳定且升降过程中电机伴有发热、发烫现象。分析其原因应该为电机制动器故障。通过拆开电机并使用标准塞尺检查制动器，发现制动器间隙较小（见图 7），且长时间未清理造成压力盘上有较多的杂质，运行时压力盘与摩擦片未完全脱开，但电机可以运转，这样容易引起电机或制动器烧毁。长时间运行摩擦生热，过流继电器、热继电器通常无法保护，造成电机温度升高且表面发烫现象。

制动器的工作原理：SEW 制动器为直流励磁盘式制动器。制动线圈分为两部分，即加速线圈与保持线圈。当电流从整流块输出之后进入制动线圈，加速线圈在极短的时间内形成很大的电磁力克服弹簧的势能将压力盘完全回吸（此时制动器打开）后经极短的时间切换至保持线圈正常工作。

制动器的特点：由于是双线圈工作，所以制动器吸合时间极短，对于制动摩擦片几乎形成零磨损。与制动力矩相同的其他制动器相比所占空间体积小，结构简单，拆装方便，通常维持制动间隙周期较长，维护方便。

制动器的间隙调整参数范围见表5。

表5 制动器间隙调整参数

经过对制动器的间隙调整以及将其中的杂质进行清理后，升降机上升时电流下降到10～11A，在变频器允许电流范围之内，基本上可以正常吊装工件运行。但是对现场情况论证后发现升降机本身结构设计不合理，升降机运行时，需要带动整个升降框架以及自行小车、轨道等钢结构，同时下部没有其他支撑结构，造成“头重脚轻”现象，加大了升降机电机运行负荷，所以要从根本上解决电机负载大的问题，还需要将升降机结构进行调整，稳定重心，减小升降机额外负载。

3）问题确立

经过对问题的反复排查、研究，最终将问题锁定在以下两方面：

（1）制动器间隙过小，压力盘与摩擦片未完全脱开，摩擦发热，造成电机负载增大；

（2）升降机结构不合理，吊装工件上升重心不稳定，上部框架结构造成额外负载增大，致使升降机变频器过流报警。

2 改善思路

前机舱底板线吊上工位升降机为单柱链式、整体框架结构，且下部交接工位为可升降往复杆式滚床结构（见图 8）。要从结构上修改需要考虑到以下4个方面问题。

1）需要将框架式结构修改为托盘形式，将原来固定自行小车铝轨及上层辅梁的锁轨机构完全锁死，并将上层辅梁使用固定钢板焊接牢靠，升降机框架与设计的托盘干涉结构完全重新切割并固定。

2）下部的往复杆式滚床与托盘干涉，必须将干涉的托盘臂设计成闭合式结构（图 9）。控制顺序为托盘下降到位后，与往复杆式滚床干涉的托盘臂打开，再将工件交接完毕，往复杆缩回原位之后托盘臂再闭合，闭合到位后上升托起工件，完成交接动作。

3）托盘臂支架与交接工位定位夹具支腿干涉，需要将干涉的部分避开，并在托盘臂上安装带缓冲作用的固定块托住工件。由于工件在交接过程中振动、冲击等问题造成托盘不能将工件精确地交接给上部自行小车。

4）托盘必须安装工件检测开关及托盘臂闭合装置。开关支架安装于托盘臂支架，在结构上要能检测到工件，不能造成与夹具支腿干涉，需要在现场进行测试安装。托盘臂闭合装置由支架以及大拉力，长行程丝杠组成，并在丝杠上安装电磁开关，检测其伸缩状态。

升降机结构改造不能影响正常生产，需要详细策划、组织，提前将需要的设备、人员、材料、电气控制等方面准备好，且由于长期超负荷运转，导致一些元件磨损严重，需要更换以及做相应的维护措施。

3 改善效果

通过调整制动器间隙及对升降机结构的改造，并进行长时间试运行验证后，升降机运行情况平稳、可靠，电机运行无噪声、无发热现象产生，变频器正常运行，并在此期间没有发生变频器报警问题。更换配重滑轮组之后，升降机升降过程抖动现象比较轻微，可以实现工件的精确定位及准确交接，达到了改善的预期目的。

升降机改造完成后电流测量值如表6所示。

表6 正常运行电流值

如上所述，此次故障主要原因是，制动器出现问题没有进行相应维护措施，长时间带病作业与过负荷运行导致电机发热，影响设备使用寿命。升降机设计不合理，重心偏移，机械磨损现象严重，且使升降机立柱发生倾斜现象，配重不能起到稳定重心的作用。在设备使用过程中一定要及时了解设备的运行状态，随时对设备问题进行处理，不能带病作业。

4 小 结

在采用了变频器的交流调速系统中，虽然在系统设计阶段已经充分考虑了电机容量、变频器容量以及各种周边设备的容量等因素，但是当变频器设置状态不当，拖动系统精度以及电源系统和对周边噪声处理不当时，也会造成变频器的误动作和故障。通过文中实例可以看出外部机械系统对变频拖动的影响，在设备的使用中要消除机械过负荷以及现场维护保养不当的情况，保证变频器可靠运行。