玻璃纖維設備中變頻器故障診斷技術研究與分析

摘要：玻璃纖維因其較優異的性能，作為一種無機非金屬材料抽成絲后被廣泛運用于工業生產中。但玻璃纖維設備中的變頻器在投入使用后，因其柔軟的質地和長期不間斷使用容易產生一些故障問題，一旦發生故障，將會對整個生產系統產生不利影響。文章在分析變頻器故障診斷技術問題的基礎上，重點分析了變頻器診斷的技術手段，為實際問題提供了可靠的技術指導。

關鍵詞：玻璃纖維設備；變頻器；故障診斷技術；信號處理；故障樹；神經網絡

中圖分類號：TP307 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）34-0011-02

玻璃纖維設備中的變頻器在克服傳統變頻器設備工作效率低、能源損耗大的基礎上顯示出較大的市場優勢，被廣泛運用于工廠的自動化生產過程中。由于電子設備本身具有易損耗的特性，在使用過程中容易出現各種故障問題，對企業的經濟利益和生產效率造成不利影響，需要對其進行設備的技術診斷。當前，在變頻器故障診斷領域中，比較熱門的解決辦法是故障診斷技術，這一技術已經成為變頻器故障診斷的主流手段之一。

1 相關概念界定

1.1 玻璃纖維

玻璃纖維屬于一種性能較優的無機非金屬材料，主要包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂和氧化鈉等主要成分。是通過將礦石研磨成粉后投入到池窯中燃燒，經過超過2000℃的高溫熔制，熔成玻璃液，然后通過漏板流出冷卻拉絲而成的產品。在實際生活中，玻璃纖維作為一種復合材料中的增強材料、電路基板和電絕緣材料等投入使用。

1.2 變頻器

變頻器作為一種精密的設備裝置，包含整流電路、限流、驅動、濾波、逆變、制動、保護等電路，是由以上這些電路設備組合而成的電子器件。它屬于交流電動設備的調速變頻技術，具有調速效率高、精確度好、調度范圍廣、操作簡單方便、穩定可靠等優勢。一般按照其內部電路結構形式進行分類，可以將其分為交-直-交變頻器和交-交變頻器。

1.3 故障診斷技術

這一技術發端于20世紀中期，主要是一種應用型的技術設備。故障診斷技術主要包含兩個方面的作用：一是對運行過程中的設備進行故障監測與排查；二是對已經出現故障的設備進行故障問題的判斷，查找出現故障的明確原因。目前，故障診斷技術在工業化國家和地區被廣泛采用，越來越受到人們的重視。

2 玻璃纖維設備中變頻器存在的常見故障問題

2.1 參數設置方面的故障問題

眾所周知，在玻璃纖維設備中，變頻器的額定容量及其參數設定是在一定的海拔高度和環境溫度下標示出來的，變頻器使用參數的基本指標一般都是在1000m以下的海拔加上25℃～40℃之間的溫度。如果在池窯生產中，玻璃纖維設備中變頻器的使用環境超出了該項基本使用指標，就會導致變頻器的參數、型號等存在降容故障問題。當玻璃纖維設備中的變頻器在原料高溫熔融、玻璃溶液被拉制成纖維絲狀的過程中，如果參數不合適，不僅會使玻璃液拉不成密度統一的連續玻璃纖維，而且經常會出現拉斷等方面的問題。

2.2 過壓方面的問題

對于變頻器而言，其工作電壓都有一個使用范圍，如果超過正常使用范圍，則會損壞變頻器，出現故障。在實際工作中，常見的過壓問題主要表現在：由于輸入交流過多的電壓導致的故障問題；在發電時的過壓問題。輸入交流電源過壓的問題一般都發生在節假日線路負載較輕而電壓較高的情況下，變頻器出現故障問題后，需要斷開電源，停用一段時間后再送電啟動即可。發電時的過壓問題出現頻率一般都較高，當電動機的實際轉速比同步轉速高，而電動機又處于發電狀態或是頻爐工作狀態并向電網回饋能量時，變頻器在沒有安裝制動單元的情況下容易出現過壓故障問題。

2.3 其他方面的問題

這方面的問題主要包括過載、過流、欠壓、溫度過高。過載故障主要是變頻和電機方面的過載問題，一般都是由于時間過短、電壓過低和負載過重引起的，過流問題與過載故障不同，它是由于變頻器的輸出短路而引起的故障問題。雖然前面論述了過壓導致的變頻器故障問題，但當電壓不夠時，玻璃纖維設備的變頻器故障也會出現，因此需要把握好這個電壓力度范圍，減少故障問題的出現。最后，還有一個溫度過高的問題，溫度太高，容易燒斷變頻器的拉絲，使傳感器異常，出現故障問題。

3 玻璃纖維設備中變頻器故障診斷的技術方法

當前，我國玻璃纖維設備中變頻器故障診斷方法主要有以下三種：

3.1 信號處理的故障診斷法

傅立葉認為：通過對關鍵部位進行信號波形的診斷分析，將時域信息轉換到頻域分析，依據信息轉換時的幅值特征來進行故障的診斷，進而判定故障的類型以及元故障的具體位置。另外有些專家提出沃爾什的信息故障分析法，認為只要對故障中的關鍵點進行沃爾什轉換，將時域信息轉換成頻域信息中并做相應的故障特征分析，也能夠確定具體故障的位置及其類型，只是與前者所使用的檢測方法不一樣而已。無論是哪一種信號處理的故障診斷方法，都有一些共同的特點，即反應靈敏度高、故障診斷快、操作簡單方便等。通常采用信號處理的故障診斷方法需要有一些參數的設定，而設定的方法沒有統一的格式，一般都需要有關專家憑借自身的經驗來進行設定，這也是采用信號處理法的弊端之一。

3.2 故障樹的故障診斷法

故障樹診斷模型是一種提前設定好的因果模型，依據診斷對象的基本結構和功能特性進行模型的設定。這種診斷方法反映了系統內全部信息的邏輯關系，通過一種倒樹狀的結構形式表現出來，將變頻器中最不希望出現的故障信息設定為頂事件，將導致故障信息發生的原因信息設定為底事件。一般情況下，都會將需要診斷的故障對象作為頂事件，在對故障進行分析以后制作出相應的故障樹模型，最后根據模型類型，采取適當的方法實現故障原因的查找與診斷。

3.3 神經網絡的故障診斷法

這種診斷方法不需要特定的參數模型，對于那些很難確定故障類型及其故障信號之間邏輯關系的場合比較適合。在克服傳統式故障診斷方法弊端的基礎上，神經網絡的故障診斷法為快速、有效地進行故障分析和定位作出了貢獻。當然這種方法也表現出了許多弊端，例如試驗樣本獲取難度大、沒有考慮到相關領域專家的實踐經驗、神經網絡的表達形式一般人很難理解把握等。

除了以上三種主要的變頻器故障診斷方法以外，還有一些專家從其他角度提出了故障診斷技術，例如電壓源逆變器故障診斷法和六路觸發脈沖的故障診斷法等。

4 玻璃纖維設備中變頻器故障診斷技術今后的發展方向

變頻器故障診斷技術雖然被廣泛運用于各行各業的電子設備中，但由于其基礎理論薄弱，發展歷史不長，因此還需要不斷努力，將今后的技術研究朝著特定方向發展。

需要不斷引進國外先進成熟的技術理論，將這些理論不斷運用到具體實踐過程中反復試驗。爭取克服現有變頻器故障診斷技術的弊端，不斷借鑒其他領域的理論成果運用到變頻器的故障診斷過程中來，采用聯想記憶和ART、自組織等神經網絡理論領域中的研究成果來幫助變頻器進行故障的診斷和分析。在研究方法上，要不斷研發新的變頻器診斷方法，融合多種診斷方法于一體，互相取長補短，克服單一診斷方法帶來的各種

弊端。

5 結語

變頻器是一種較為復雜的電子設備，在玻璃纖維設備中的實際運行過程中會出現各種類型的問題，需要對其進行有效診斷處理才能保障相關設備正常運行。本文在論述各種故障診斷方法的基礎上，提出了變頻器故障診斷技術今后的發展方向，希望與各位同行共勉，不斷促進我國變頻器更好地發展。

參考文獻

[1] 張森.變頻器故障診斷技術探析[J].科學論壇，2013，（9）.

[2] 何銳.變頻器故障診斷技術研究與分析[J].電源技術應用，2013，（3）.

[3] 和德明.變頻器故障診斷技術研究與分析[J].電子技術，2012，（7）.

作者簡介：齊煒（1982-），女，河北深澤人，河北邢臺金牛玻纖有限責任公司機電工程師，研究方向：機電設備及其自動化。