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變頻器8大故障原因及預防措施分析 [2015/3/3]

   變頻器由主回路、電源回路、IPM驅動及保護回路、冷卻風扇等幾部分組成。其結構多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正确或設置環境不合理,将容易造成變頻器誤動作及發生故障,或者無法滿足預期的運行效果。為防患于未然,事先對故障原因進行認真分析尤為重要。
    1.主回路常見故障分析主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器液位計物位計物位變送器液位變送器電容式物位計電容式液位計電容式物位變送器電容式液位變送器物位開關液位開關電容液位計電容物位計液位儀表物位儀表電容液位變送器電容物位變送器射頻電容式液位開關射頻電容式物位開關電容式液位開關電容式物位開關音叉式液位開關等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和内部溫度所決定,在回路設計時已經選定了電容器的型号,所以内部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命,一般溫度每上升10℃,壽命減半。因此一方面在安裝時要考慮适當的環境溫度,另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數的交流或直流電抗器可以減少脈動電流,從而延長電解電容器的壽命。
    在電容器維護時,通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況,當靜電容量低于額定值的80%,絕緣阻抗在5MΩ以下時,應考慮更換電解電容器。
    2.主回路典型故障分析故障現象:變頻器在加速、減速或正常運行時出現過電流跳閘。
    首先應區分是由于負載原因,還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障,可通過曆史記錄查詢在跳閘時的電流,超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設定值,而三相電壓和電流是平衡的,則應考慮是否有過載或突變,如電機堵轉等。在負載慣性較大時,可适當延長加速時間,此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時的電流,在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設定範圍内,可判斷是IPM模塊或相關部分發生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W,分别與直流側的P、N端子之間的正反向電阻,來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞,則是驅動電路出了故障。如果減速時IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘,一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅動電路故障;而加速時IPM模塊過流,則是下半橋的模塊或其驅動電路部分故障,發生這些故障的原因,多是由于外部灰塵進入變頻器内部或環境潮濕引起。
    3.控制回路故障分析控制回路影響變頻器壽命的是電源部分,是平滑電容器和IPM電路闆中的緩沖電容器,其原理與前述相同,但這裡的電容器中通過的脈動電流,是基本不受主回路負載影響的定值,故其壽命主要由溫度和通電時間決定。由于電容器都焊接在電路闆上,通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難,一般根據電容器環境溫度以及使用時間,來推算是否接近其使用壽命。
    電源電路闆給控制回路、IPM驅動電路和表面操作顯示闆以及風扇等提供電源,這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓,通過開關電源再分别整流而得到的。因此,某一路電源短路,除了本路的整流電路受損外,還可能影響其他部分的電源,如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接,緻使電源電路闆上開關電源部分損壞,風扇電源的短路導緻其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路闆就比較容易發現。
    邏輯控制電路闆是變頻器的核心,它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規模集成電路,具有很高的可靠性,本身出現故障的概率很小,但有時會因開機而使全部控制端子同時閉合,導緻變頻器出現EEPROM故障,這隻要對EEPROM重新複位就可以了。
    IPM電路闆包含驅動和緩沖電路,以及過電壓、缺相等保護電路。從邏輯控制闆來的PWM信号,通過光耦合将電壓驅動信号輸入IPM模塊,因而在檢測模快的同時,還應測量IPM模塊上的光耦。
    4.冷卻系統冷卻系統主要包括散熱片和冷卻風扇。其中冷卻風扇壽命較短,臨近使用壽命時,風扇産生震動,噪聲增大最後停轉,變頻器出現IPM過熱跳閘。冷卻風扇的壽命受陷于軸承,大約為10000~35000h.當變頻器連續運轉時,需要2~3年更換一次風扇或軸承。為了延長風扇的壽命,一些産品的風扇隻在變頻器運轉時而不是電源開啟時運行。
    5.外部的電磁感應幹擾如果變頻器周圍存在幹擾源,它們将通過輻射或電源線侵入變頻器的内部,引起控制回路誤動作,造成工作不正常或停機,嚴重時甚至損壞變頻器。減少噪聲幹擾的具體方法有:變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上,加裝防止沖擊電壓的吸收裝置,如RC浪湧吸收器,其接線不能超過20cm;盡量縮短控制回路的配線距離,并使其與主回路分離;變頻器控制回路配線絞合節距離應在15mm以上,與主回路保持10cm以上的間距;變頻器距離電動機很遠時(超過100m),這時一方面可加大導線截面面積,保證線路壓降在2%以内,同時應加裝變頻器輸出電抗器,用來補償因長距離導線産生的分布電容的充電電流。變頻器接地端子應按規定進行接地,必須在專用接地點可靠接地,不能同電焊、動力接地混用;變頻器輸入端安裝無線電噪聲濾波器,減少輸入高次諧波,從而可降低從電源線到電子設備的噪聲影響;同時在變頻器的輸出端也安裝無線電噪聲濾波器,以降低其輸出端的線路噪聲。
    6.安裝環境變頻器屬于電子器件裝置,在其說明書中有詳細安裝使用環境的要求。在特殊情況下,若确實無法滿足這些要求,必須盡量采用相應抑制措施:振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因,對于振動沖擊較大的場合,應采用橡膠等避振措施;潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等将造成電子器件鏽蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路,作為防範措施,應對控制闆進行防腐防塵處理,并采用封閉式結構;溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素,特别是半導體器件,應根據裝置要求的環境條件安裝空調或避免日光直射。
    除上述幾點外,定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合,為防止微處理器因溫度過低不能正常工作,應采取設置空氣加熱器等必要措施。
    7.電源異常電源異常大緻分以下3種,即缺相、低電壓、停電,有時也出現它們的混合形式。這些異常現象的主要原因,多半是輸電線路因風、雪、雷擊造成的,有時也因為同一供電系統内出現對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節有很大差異。除電壓波動外,有些電網或自行發電的單位,也會出現頻率波動,并且這些現象有時在短時間内重複出現,為保證設備的正常運行,對變頻器供電電源也提出相應要求。
    如果附近有直接啟動的電動機和電磁爐等設備,為防止這些設備投入時造成的電壓降低,其電源應和變頻器的電源分離,減小相互影響。
    對于要求瞬時停電後仍能繼續運行的設備,除選擇合适價格的變頻器外,還應預先考慮電機負載的降速比例。當變頻器和外部控制回路都采用瞬間停電補償方式時,失壓回複後,通過測速電機測速來防止在加速中的過電流。
    對于要求必須連續運行的設備,應對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。像帶有二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器,雖然在缺相狀态,但也能繼續工作,但整流器中個别器件電流過大,及電容器的脈沖電流過大,若長期運行将對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響,應及早檢查處理。
    8.雷擊、感應雷電雷擊或感應雷擊形成的沖擊電壓,有時也會造成變頻器的損壞。此外,當電源系統一次側帶有真空斷路器時,短路開閉會産生較高的沖擊電壓。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞,通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件。真空斷路器應增加RC浪湧吸收器。若變壓器一次側有真空斷路器,應在控制時序上,保證真空斷路器動作前先将變頻器斷開。
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