維護工業(yè)應(yīng)用中的變頻器和伺服驅(qū)動器

創(chuàng)新者：韓靈生

維護工業(yè)應(yīng)用中的變頻器和伺服驅(qū)動器

創(chuàng)新者：韓靈生

變頻器和伺服驅(qū)動器在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是控制電機的核心部件，如何維護和日常檢查檢測尤為重要。本文對變頻器和伺服驅(qū)動器日常維護檢查的方法和手段進行了詳細分析研究。

在日常的工業(yè)和裝備制造業(yè)領(lǐng)域，變頻器和伺服驅(qū)動器作為傳統(tǒng)的電機調(diào)速和定位控制裝置，應(yīng)用非常廣泛。而變頻器和伺服驅(qū)動器是控制電機的核心部件，是自動化控制指令的最終執(zhí)行機構(gòu)，在整個生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)起到重要作用。如果變頻器和伺服驅(qū)動器出現(xiàn)故障損壞，將造成生產(chǎn)設(shè)備的運行停止，影響整個生產(chǎn)。所以變頻器和伺服驅(qū)動器的日常應(yīng)用檢查和維護非常重要。本文對變頻器和伺服驅(qū)動器日常維護檢查的方法和手段進行了詳細分析研究。

變頻器和伺服驅(qū)動器是由IGBT、集成電路、電容、電阻等電子元件和風(fēng)機、開關(guān)繼電器等多種部件組成。如果有的部件不能正常工作，變頻器和伺服驅(qū)動器就不能發(fā)揮應(yīng)有的功能。這些部件是有使用壽命的。即使在正常使用的環(huán)境下，經(jīng)過了一定的使用時間，器件就可能會出現(xiàn)特性發(fā)生變化或者執(zhí)行動作不穩(wěn)定的情況。為了防患于未然，需要對元器件進行預(yù)防性維護，做到日常不定期檢查、定期檢查、定期更換器件等，以便及時發(fā)現(xiàn)并解決故障報警，排除隱患。

故障發(fā)生的分析

如圖1所示，使用過程中出現(xiàn)的故障類型，可分為初始故障、偶然故障、疲勞故障三個時期。

初始故障在生產(chǎn)制造變頻器和伺服驅(qū)動器的后期過程中，檢驗及調(diào)試時發(fā)現(xiàn)并排除。偶然故障為設(shè)備在使用壽命期間突然發(fā)生的故障，對于偶然故障，一般男以采取技術(shù)性的對策，只能根據(jù)部件的故障率及平均無故障時間等統(tǒng)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)備維修用部件，或者加裝故障時的備用回路等，增加冗余回路。疲勞故障是指發(fā)生在器件使用壽命將要結(jié)束時期的故障，隨著使用時間的增加，疲勞故障發(fā)生的概率會急增。所以根據(jù)各個器件的使用壽命，通過定期更換新的器件，可以延長整體變頻器和伺服驅(qū)動器的使用壽命。

圖1 變頻器和伺服驅(qū)動器的故障類型種類

表1 日常應(yīng)用檢測和定期檢測

日常使用過程中需要檢查的內(nèi)容

表1列出了在一般的使用條件下，（環(huán)境溫度：30℃，負載率80%，每天運行小于12h）需要檢查的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)。

內(nèi)部零部件的定期維護更換

變頻器和伺服驅(qū)動器主要組成部分都是電子元件，電子元件的使用壽命可按“阿魯萊尼烏斯定律（10℃二倍定律）”來推測計算。如長期使用溫度提高10℃，電子元件的壽命將縮短一半；如使用溫度降低10℃，其壽命則會增加一倍。所以，變頻器及伺服驅(qū)動器應(yīng)盡量在環(huán)境溫度較低的場所使用。

表2列出了變頻器伺服驅(qū)動器使用的主要元器件在通常環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)更換年數(shù)。表中的更換年數(shù)表示圖1所示的偶然故障期tb。超過了這個期限，可以通過更換對應(yīng)的元器件，可以預(yù)防大大提高疲勞故障的發(fā)生。

表2 更換主要元器件的標(biāo)準(zhǔn)

主回路的監(jiān)測測量方法（例如電流、電壓、功率等）

變頻器和伺服驅(qū)動器的輸入輸出電流和電壓中含有高次諧波成分，日常使用中需經(jīng)常測量電流電壓及功率等指標(biāo)。但用傳統(tǒng)工頻電網(wǎng)時的測量方法無法正確測量出對應(yīng)的各種數(shù)據(jù)。表3列出了使用變頻器和伺服驅(qū)動器測量時的戶注意事項。

表3 測量注意事項

針對變頻器和伺服驅(qū)動器使用時，測量電流、電壓等項目，需注意以下事項。

（1） 輸入電流：

變頻器和伺服驅(qū)動器為電容輸入型，三相電流會出現(xiàn)不平衡。所以輸入電流需要測量三相，要取三相平均輸入電流。

（2）輸入功率：一般需要用雙功率表法測量。當(dāng)電流不平衡在5%以上時，采用三功率表法。

（3）輸入功率因數(shù)：

因含有較大的高次諧波，所以使用傳統(tǒng)的功率因數(shù)表測量，會出現(xiàn)較大的誤差。因此，輸入功率因數(shù)需使用下式求出。如果將與各成分的高次諧波電流的基波相對應(yīng)的比率設(shè)為 Ik（k = 5，7，11，13···），則失真系數(shù)μ為：

輸入功率因數(shù)cosφ可用下式計算：

因?qū)k 作為相對于基波的比率，所以此時μ與高次諧波的含有率相同。

圖2 保護功能的目的與種類

圖3 通過電流及電壓檢測使保護功能動作時的等級

保護功能的分類和目的

變頻器和伺服驅(qū)動器具有各種各樣的保護功能，其目的一般分為“保護變頻器和伺服驅(qū)動器自身”和“避免電機過熱”兩種。除了保護功能外，還會對運行中的異常進行報警。日常應(yīng)用中如果能掌握各種保護功能的目的和動作等級，就能正確及時處理潛在的隱患。圖2圖3以變頻器為例進行說明。

結(jié)語

通過對變頻器和伺服驅(qū)動器日常使用中的檢測維護，科學(xué)地檢測，做到日常檢查、定期檢查、更換部件，掌握報警故障的原理，就能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決故障，排除使用中的隱患，保證變頻器和伺服驅(qū)動器正常使用。

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.016