關于安川變頻器在港口設備中的使用與維修

凌飛

[摘要] 本文介紹了變頻器的結構與原理以及常見故障和維修方法，并簡述了其故障產生的原因及預防措施。

[關鍵詞] 變頻器；結構與原理；故障分析與維護

[DOI] 10.13939/j.cnki.zgsc.2015.24.055

揚州港六圩港區新購的一臺龍門吊（以下簡稱RC）與六臺門柱式起重機（以下簡稱PC）都是使用安川變頻器驅動。雖然型號各異（有616G5、G7A41320等），但其主回路都一樣，只是控制板與驅動板不一樣，所以了解變頻器的結構、主要器件的電氣特性和常用參數的作用及常見故障排除對于實際工作越來越重要。

1 安川變頻調速結構及其工作原理

根據n=60f/p（其中n=電機轉速，f=電機定于側供頻率，p=電機極對數）可知，在異步電動機的極對數不變的情況下，只要改變電源頻率f，就可以實現對異步電動機的調速。在門柱式起重機上，給異步電動機供電（電壓頻率可調）的主回路中包含有安川變頻器，該變頻器T作形式為交——直——交，而給變頻器提供各種控制信號的回路稱為控制回路，包括以下幾個部分。

（1） 整流橋：使三相交流電Uac經過整流變成直流電Udc。

（2） 充電抑制電阻Rl：據公式i=（Uac-Udc）/r可知，因r為整流橋等值電阻很小，因此充電電流l變成很大。為了防止電解電容被擊穿，必須加裝充電抑制電阻R，與旁路接觸器MC，由此起限流作用。

（3） 旁路接觸器MC；當電容充電達到80%時，MC將Rl旁路，所以該元件必須定期保養。

（4） 濾波電容C：具有儲能功能，壽命可達5～8年，當電網電壓跌落30%時，可以維持電容兩端電壓Uc達到lOs供變頻器T作；當電網電壓跌落50%時，可以維持電容兩端電壓Ue達到2s供變頻器工作。

（5） 充電指示燈：當充電電壓達到27V以上，該指示燈會亮，所以在切斷變頻器電源后，還須等該指示燈完全熄滅時，才可以維修變頻器內部元件，以免觸電。

（6） 逆變回路（橋）主器件（1GBT）全稱為大功率雙極性絕緣柵場效應管，包括柵極、源極、漏極。其特點為電壓控制器件，門極觸發功率低，開關頻率高，特性抑制好。即通態壓降，斷開漏電流都很小，壽命可達20年。

（7） IGBT的兩端并聯一個阻容吸收回路，可以抑制高頻諧波，因為電動機是感性負載Di/Db不允許變化很快。

（8） 電流互感器Ct采集主電路電流，作為電流調節器ACR使用，當發生過載等異常時，為了防止異步電動機和逆變器損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

（9） 主控制板：為32位微處理器，將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

（10） 驅動板：為驅動逆變器主器件IGBT的電路，其余控制電路隔離，控制IGBT的導通、開斷，如果1GBT損壞了，一般連帶的驅動板也會損壞。

（11） 速度檢測器PG：為脈沖編碼器，裝在異步電動機輸出軸上，采集速度信號，連接到變頻器內部PC卡，把速度傳給運算回路，使電動機按給定指令運轉。

（12）I/F通訊板：專為輸入輸出信號與變頻器更好的人機交換，包括各種內部參數輸入。

2 安川變頻器常見故障分析與處理

（1） 變頻器顯示OC即過流，其具有瞬感間記憶功能，人為不可設定主要用于逆變器負載側短路等，流過逆變器器件的電流達到額定電流2.7～3倍時，瞬時停止逆變器運轉并切斷電源，變頻器的輸出電流達到異常值，也將同樣停止逆變器運轉，具體處理可按以下步驟檢查：

①加速時間是否太短。

②力矩提升參數是否太長。

③負載外部是否短路，是否過重。比如小車機構有兩臺電機拖動，其中一臺壞了，另一臺就可能出現過流。

④PC檢測回路是否異常，包括PG卡及脈沖編碼器。

⑤電流互感器十分異常。

⑥主功率器件IGBT是否異常。

如果以上都沒有問題，可以斷開輸出側的電流互感器和直流檢測點，復位后運行，還出現過流，很可能是主控制板或觸發板出現故障。

（2）顯示OL即過載，主要用于逆變器輸出電流超過額定值并且持續流通超過規定時間，為了防止逆變器器件電線損壞，要停止變頻器工作，具體分以下三種：

①電流超過額定值150%且持續60s就報OL1故障說明電動機過載。

②電流超過額定值180%且持續lOs就報OL2故障}兌明變頻器過載。

③電流超過額定值200%且持續5s就報OL3故障說明系統過載也就是鋼結構力矩保護。

不管哪一種過載，都是由于負載的CD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵車而產生，所以說對于已經投入運行的變頻器出現的故障就必須檢查負載的狀況；對于新安裝的變頻器出現這種故障很可能是V/F曲線設置不當或電機參數設置有問題。比如一臺新安裝的變頻器，其驅動的是一臺額定參數是220V/50Hz的變頻電機，而變頻器出廠時設置為380V/50Hz，導致電機運行一段時間后出現磁飽和使電機轉速降低發熱而過載。

（3） 變頻器顯示CF負載對地短路，其具有瞬態功能，也就是三相電流偏差大于50%額定電流。具體原因有以下幾種：

①電機絕緣不好或三相相間不平衡。

②變頻器異常，主要為控制部分。

（4）變頻器顯示OH即變頻器過熱，可分為OH1或OH2，原因分析如下：

①變頻器柜內部兩套風機是否正常。

②環境溫度過高否。

③頻繁過載否。

④熱敏檢測器件是否粉塵過多等異常現象。

（5） 變頻器顯示OS即超速，分硬件與軟件超速，設定值分別為額定轉速的115%與110%。此時應檢查PG反饋正常否。

（6） 變頻器顯示uv即欠壓，也就是說檢測出直流母線電壓故障。一般設計者在設計變頻器的啟動電路時，為了減少變頻器的體積而選擇小限流電阻Rl，其阻值在10～50Ω，功率為10～50w，當變頻器的交流側輸入電源頻繁接通或者旁路接觸器MC的觸點接觸不良，都會導致限流電阻Rl燒壞而出現欠壓故障。另外還有其他可能：

①能量回饋裝置異常。

②驅動板檢測異常。

③若實際欠壓，可用參數Ul-07中DC BUS來監測。

（7） 變頻器顯示OV即過壓，也就是直流母線DCBUS電壓超過容許值，具體原因分析如下：

如果變頻器驅動大小慣性負載，尤其重載下放，逆變器使電機快速減速時，即再生制動過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降而負載電機的頻率高于變頻器的輸出頻率，負載電機變頻器處于發電狀態，機械能轉化為電能，并被變頻器直流側平波電容吸收，當這種能量足夠大時，就會產生所謂的“泵升現象”，變頻器直流側會超過直流母線的最大電壓而跳閘。其處理方法：可以采取停止變頻器運轉或停止快速減速方法防止過電壓，此時應將減速時間參數設置長些或增大制動電阻或增加制動單元。當然在QC中，還應檢查能量回饋單元C （ONVERTER）；也有可能網側容量不夠，即高壓側變壓器不夠容易產生系統諧振。

（8）變頻器顯示PGO即速度檢測開路，應檢查脈沖編碼器及PG卡。

（9）變頻器無故障顯示，但不能高速運行。我公司曾有一臺RC大車機構變頻器運行正常，就是電機無法達到高速運行，經檢查lNVERT無故障，差數設置正確，調速輸入信號正常，經上電運行測試，INVERT直流母線電壓只有450V左右（正常電壓580～600V）。再測輸入側，發現缺一相，故障原因是輸入側一相接觸不良造成。造成輸入缺相不報警仍然在低頻段T作，當兩相輸入時，直流母線電壓380V xl.2=456V大于400V，在變頻器不運行時，由于平波電容得到作用，直流電壓也可以達到正常值，所以變頻器不會報故障。而變頻器采用PWM控制技術，調壓調頻的工作在逆變橋完成，因此在低頻段輸入缺相仍然可以正常工作，但因輸入電壓、輸出電壓低造成電機轉矩低頻率上不去就無法高速運行。

總之，采用安川變頻器作為門柱式起重機上異步電動機驅動器盡管其可靠性高，但如果使用不當或出現偶發事件，也會造成變頻器損壞。要想在生產過程中使用好變頻器，熟悉變頻器的結構原理，了解常見故障及其分析方法，對于正常工作尤為重要。