起重機(jī)變頻器調(diào)試與維護(hù)中常見(jiàn)故障分析

黎新民 趙榮華

安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司（455004）

0 概述

隨著變頻技術(shù)的日益發(fā)展，變頻調(diào)速系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)有了較高的性價(jià)比，使變頻器在起重機(jī)上的應(yīng)用不斷增長(zhǎng)。因此，變頻器的故障診斷也已成為起重機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷的重要組成部分之一。變頻器產(chǎn)生故障的因素，有硬件方面的，也有因使用維護(hù)不當(dāng)造成的。對(duì)于硬件故障,要通過(guò)檢測(cè)找到故障件并進(jìn)行修復(fù)或更換。通常查找重點(diǎn)放在I／O擴(kuò)展模塊、接線端子等地方。而對(duì)于主電路板、電機(jī)控制和I／O板、控制盤的電路，由于其集成度極高且與其他電路之間都有可靠的隔離措施，因此故障率很低。即使發(fā)生故障，現(xiàn)場(chǎng)條件和常規(guī)手段也難以檢測(cè),所以應(yīng)與供應(yīng)商聯(lián)系，若有問(wèn)題要更換電路板。對(duì)于使用維護(hù)方面的問(wèn)題，應(yīng)以變頻器自診斷或保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)顯示的信息為線索，對(duì)照電氣原理圖和其他相關(guān)圖紙，進(jìn)行分析，采用相應(yīng)的檢測(cè)手段找到故障點(diǎn)并修復(fù)。

1 常見(jiàn)故障

1.1 變頻器無(wú)輸出電壓

輸入變頻器啟動(dòng)指令后,如變頻器無(wú)輸出電壓，可能是以下原因。

1）主回路未接通。依照原理圖，檢查主回路通道中所有開(kāi)關(guān)、熔斷器、接觸器及電力電子器件是否完好，導(dǎo)線接頭有無(wú)接觸不良或松脫。2）控制回路接線有錯(cuò)誤，變頻器為正確啟動(dòng)。以變頻器說(shuō)明書(shū)為依據(jù)，對(duì)照原理圖及接線圖認(rèn)真核對(duì)控制回路接線，找出錯(cuò)誤處并加以糾正。

1.2 變頻器接地故障

1）變頻器輸出濾波器與變頻器不匹配，造成輸出側(cè)高頻短路。2）電機(jī)受潮或進(jìn)水造成電機(jī)接地短路。3）線路受損接地。

1.3 電動(dòng)機(jī)不能正常升速

1）變頻器輸入信號(hào)不正確。調(diào)速電位器或凸輪觸點(diǎn)接觸不良，或相關(guān)元件損壞，或端子松動(dòng)及斷線，使變頻器給定值不能升高，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不能正常升速。2）交流電源或變頻器輸出缺相。電源缺相使變頻器輸出電壓降低，變頻器輸出缺相造成三相電壓不對(duì)稱而產(chǎn)生負(fù)序轉(zhuǎn)矩，都會(huì)使電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變小，不能驅(qū)動(dòng)負(fù)載加速。此時(shí)應(yīng)檢查熔絲有無(wú)熔斷，導(dǎo)線接頭有無(wú)松落斷路，逆變橋晶閘管是否損壞或有無(wú)觸發(fā)脈沖等現(xiàn)象。3）變頻器參數(shù)中頻率或電流設(shè)定值偏小。如果頻率設(shè)定在低值點(diǎn)上，頻率就會(huì)受到限制而無(wú)法升高，電機(jī)不能高速。如果電流設(shè)定值偏小,產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的能力就會(huì)被限制，使電動(dòng)機(jī)不能加速。若電流設(shè)定值已達(dá)變頻器的最大值，則可能變頻器容量偏小，需要更換更大容量的變頻器。若為閉環(huán)矢量控制，則可能自學(xué)習(xí)不成功，在輕載時(shí)工作正常，重載時(shí)由于特性差而不能加速。此時(shí)應(yīng)檢查電機(jī)參數(shù)輸入是否正確并再次自學(xué)習(xí)。

1.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或不能平滑調(diào)節(jié)

這種故障出現(xiàn)無(wú)規(guī)律性且多為短暫性。主要有以下情況:1）電源為臨時(shí)電，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)電焊機(jī)等眾多設(shè)備工作無(wú)規(guī)律，造成電壓不穩(wěn)定，使機(jī)構(gòu)工作也不穩(wěn)定。2）負(fù)載不正式、不穩(wěn)定。3）外界噪音使變頻器信號(hào)受干擾變化。應(yīng)考慮使用屏蔽電纜，或增設(shè)進(jìn)線濾波器等措施。

1.5 過(guò)電流故障

對(duì)于變頻器在調(diào)試與試運(yùn)行期間出現(xiàn)過(guò)電流故障，可從電源、負(fù)載、變頻器、振蕩干擾等方面找原因。1）電源電壓超限或缺相。電壓超限應(yīng)按說(shuō)明書(shū)規(guī)定的范圍進(jìn)行調(diào)整。無(wú)論電源缺相或變頻器缺相，都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小而過(guò)流。2）負(fù)載過(guò)重或負(fù)載側(cè)短路。重點(diǎn)檢查機(jī)組有無(wú)異聲、振動(dòng)和卡滯現(xiàn)象，是否因工藝條件或操作方法的改變而造成超載。負(fù)載側(cè)短路或接地，可用兆歐表進(jìn)行檢測(cè)。逆變器同一橋臂的兩只晶體管同時(shí)導(dǎo)通也會(huì)形成短路。3）變頻器設(shè)定值不合適。①電壓頻率曲線中電壓提升大于頻率提升，破壞了U1／fi的比例關(guān)系，造成低頻率高壓而過(guò)流；②加速時(shí)間過(guò)短，所需加速轉(zhuǎn)矩過(guò)大而造成過(guò)流;③減速制動(dòng)時(shí)間設(shè)定過(guò)短，機(jī)組迅速再生發(fā)電回饋給中間回路，造成中間回路電壓過(guò)高和制動(dòng)回路過(guò)流。4）振蕩過(guò)流。一般在以某轉(zhuǎn)速(頻率)運(yùn)行時(shí)發(fā)生。主要原因有兩個(gè):①電氣頻率與機(jī)械頻率發(fā)生共振；②純電氣回路引起如功率開(kāi)關(guān)管的死區(qū)控制時(shí)間，中間直流回路電容電壓的波動(dòng)，電動(dòng)機(jī)滯后電流的影響及外界干擾源的干擾等。對(duì)于第一種情況，降低載波頻率可能減小共振。在找出發(fā)生共振的頻率范圍后，利用跳躍頻率功能跳過(guò)該共振頻率。值得注意的是，使用變頻器驅(qū)動(dòng)大慣量如大車機(jī)構(gòu)時(shí)，常由一個(gè)變頻器驅(qū)動(dòng)多個(gè)電機(jī)，采用V／f控制方式。當(dāng)要求起制動(dòng)較快時(shí)(如2秒)，則往往出現(xiàn)大車起制動(dòng)振動(dòng)劇烈，同時(shí)常伴有變頻器過(guò)流。這與機(jī)械傳動(dòng)回路間隙成正比有很大關(guān)系。因此，應(yīng)在機(jī)械減少間隙的同時(shí)采取減震措施。大車電機(jī)懸浮可擺動(dòng)安裝就是這一事例的成功應(yīng)用。5）變頻器容量偏小，應(yīng)考慮換成大容量的變頻器。

1.6 過(guò)電壓故障

在機(jī)構(gòu)減速制動(dòng)時(shí)變頻器常發(fā)生過(guò)電壓故障，其原因大都與中間回路及制動(dòng)環(huán)節(jié)有關(guān),主要是:1）電源電壓過(guò)高，一般超過(guò)10%以上。2）制動(dòng)電阻阻值過(guò)大或損壞，無(wú)法及時(shí)釋放回饋的能量而造成過(guò)電壓。3）中間回路濾波器電容失效容量變小或檢測(cè)電路故障。應(yīng)認(rèn)真檢查電容器有無(wú)異味、變色，安全閥是否脹出，箱體有無(wú)變形及漏液等現(xiàn)象。4）減速時(shí)間設(shè)定過(guò)短。5）對(duì)于安川CIMR—G5A4系列變頻器，由于工廠現(xiàn)場(chǎng)電源一般為AC380V，所以應(yīng)重新設(shè)定變頻器及制動(dòng)斬波器電源電壓使之與其一致，以免起制動(dòng)時(shí)變頻器出現(xiàn)過(guò)電壓故障。

1.7 低電壓故障

電源方面的主要問(wèn)題:1）交流電壓過(guò)低或缺相。2）供電變壓器容量較小，線路阻抗過(guò)大，帶載后變壓器及線路壓降過(guò)大而造成變頻器輸入電壓偏低。3）變頻器整流橋二極管損壞而使整流電壓降低。

1.8 過(guò)熱故障

1）環(huán)境溫度過(guò)高。2）內(nèi)部冷卻風(fēng)扇損壞或運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。3）通風(fēng)口罩柵被雜物堵塞。4）負(fù)載過(guò)重。

1.9 變頻器諧波干擾

采用變頻器作驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)一般均配置PLC控制系統(tǒng)，以提高整機(jī)的自動(dòng)化程度。這時(shí)PLC系統(tǒng)可能受變頻器諧波干擾出現(xiàn)誤動(dòng)作，特別是操作信號(hào)與限位開(kāi)關(guān)信號(hào)極易受干擾而失真。最常見(jiàn)的原因是電氣線路較長(zhǎng)(超過(guò)100 m)，變頻電機(jī)動(dòng)力線與限位開(kāi)關(guān)以及操作信號(hào)等控制線并行敷設(shè)距離較長(zhǎng)，特別是拖動(dòng)電纜部分。觸點(diǎn)信號(hào)輸入PLC輸入模塊時(shí)，受變頻器高頻諧波干擾，線路漏電流增大，即使輸入的開(kāi)點(diǎn)為（0），PLC也可能失真為閉點(diǎn)造成PLC系統(tǒng)故障。

為解決諧波干擾，主要采取以下措施:1)縮短控制線路長(zhǎng)度。PLC系統(tǒng)采用集散結(jié)構(gòu)，例如在起重機(jī)各部位設(shè)置PLC從站,共用一個(gè)PLC主站來(lái)實(shí)現(xiàn)集中控制與分布式布置，同時(shí)各PLC之間通過(guò)屏蔽電纜通訊，拖動(dòng)部位可采用光纜。這樣，各部位控制線只需在內(nèi)部走線，大大縮短了線路長(zhǎng)度，降低了高次諧波干擾。2）控制信號(hào)通過(guò)中間繼電器輸入PLC，可有效解除諧波干擾。3）控制信號(hào)線采用屏蔽電纜。4）變頻器輸出端加濾波器，變頻電機(jī)動(dòng)力線采用屏蔽電纜。5）把PLC裝置做成柜或置于單獨(dú)的PLC室中，可降低變頻器等驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)PLC裝置的影響。

上述均為調(diào)試維護(hù)中發(fā)生幾率較高的故障，通過(guò)檢測(cè)分析，一般都可較快找到故障點(diǎn)，并有效地加以解決。

2 結(jié)語(yǔ)

隨著變頻技術(shù)在起重機(jī)上越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在起重機(jī)的維護(hù)中，變頻器故障維修也成為一個(gè)越來(lái)越常見(jiàn)的問(wèn)題。為此，文章特按照實(shí)際工作中調(diào)試維護(hù)順序，對(duì)常見(jiàn)故障做了歸納總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決措施，通過(guò)實(shí)踐證明，均取得良好效果。因而對(duì)電氣設(shè)計(jì)人員在今后的設(shè)計(jì)及調(diào)試中有一定的借鑒作用。