變頻器參數在變頻調速系統故障診斷中的應用

【摘 要】本文以西門子變頻器為主構成的交流電機調速系統為例，分析故障的可能性，闡述根據變頻器的只讀參數診斷故障原因的方法。

【關鍵詞】變頻器參數 變頻調速系統 故障 診斷方法

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）12C-0191-02

變頻器為改變傳統的交流電動機調速而誕生，發展至今，其已經達到了很高的智能化程度，完全實現了參數化，隨著電子技術和芯片技術發展，仍會在控制精度、控制方式上不斷地擴展更新。在企業生產設備如產品生產線、機床，日常生活設施如電梯、高層建筑供水中，變頻器的應用已經十分普遍。由于變頻器在電氣系統中的重要性，一旦發生故障，勢必對生產生活造成影響，如果長時間無法排除故障，則會在經濟上造成更大損失。

為避免故障發生，必須做好日常檢查維護工作，但設備故障是無法杜絕的，為了能迅速排除故障，就需要理解變頻調速系統的原理，掌握故障處理的方法和技巧。下面以西門子變頻器為例，闡述故障診斷方法。

一、變頻調速系統構成要素

如圖1所示，變頻調速系統主要由電源、變頻器、交流異步電動機、傳動機構和終端機械構成。

電機轉動由變頻器的輸入信號決定，輸入信號分為：（1）命令控制信號。決定電動機的啟動、停止、換向，可能器件有開關、按鈕、傳感器、PLC、智能溫控器等。（2）頻率控制信號（亦稱轉速信號）。決定電動機的快慢，可能器件有外部開關、PLC、智能溫控器等。輸出信號是繼電器型觸點或模擬電流（壓），起監視變頻器運行狀態的作用。

二、診斷方法

系統的故障表現通常是不能啟動、轉速不正確、發生報警停機。主要涉及命令信號的有無，頻率信號是否正確和參數設置是否正確幾個因素，最基本的手段是：（1）聽聲音。變頻器內有一個散熱風扇，當接受了啟動信號后，會轉動，發出輕微的響聲，據此，可判斷啟動命令的有無。（2）觀察基本操作面板BOP：改變輸入側的頻率信號，如果BOP顯示值發生變化，說明變頻器能夠接受頻率信號。以此為基礎，再結合變頻器的控制參數、狀態參數進一步確定原因。

（一）無法啟動。電動機的啟動取決于啟動命令信號，即使提供了命令信號，但接口不一致，電機仍不會轉動，這就要檢查命令源參數P0719和P0700，P0719是選擇控制命令源的總開關，優先級比P0700高，例如P0719設為55，P0700設為2，此時接受USS的啟動信號而不是端子排的開關信號。出現本故障時應首先比對工程決策與接線，看信號來源與參數選擇值是否一致，如有錯誤，則需更正使兩者成為一致。

其次要查看相關的狀態位，這些狀態位以七段碼形式顯示，如圖2所示。當信號有效時相應的顯示點亮。按七段碼顯示的參數見表1，限于篇幅，參數各位含義請詳查手冊。

下面試舉幾例說明。

例1：R0019第一位無顯示，說明驅動裝置運行未準備好，原因是P0010設置值不為 0。

例2：假設PLC輸出數字信號接入變頻器7#端子作啟動信號。查看R0722第二位無顯示說明變頻器未得到信號，線路中間出現斷路或 PLC邏輯錯誤。

例3：假設PLC通過COM鏈路USS通訊協議輸出啟動信號。查看R2018（第0組部分實驗數據如表2所示），如果開機后顯示1150，說明通信建立，接通PLC的RUN端，未顯示1151，則說明PLC程序錯誤。R2018 亦可按位顯示在R2036、R2037中。

（二）轉速不正確。當變頻器風扇轉動后，可能出現的情況有：（1）電機仍然不轉；（2）轉動，但速度顯示不正確。這時應根據頻率給定源值查看相關的狀態參數，相關參數如下。

R0020：顯示實際的頻率設定值（斜坡函數發生器的輸出）。

R0024：經過濾波的實際的輸出頻率。

R0096：顯示以[%]值表示的PZD 信號。

R0720：顯示數字輸入的數目。

R0722：顯示各個數字輸入的狀態。

P0701- 0708：定義數字輸入 的功能。

R0750：顯示現有模擬輸入的數目。

R0751：顯示模擬輸入的狀態。

R0752：顯示以V（或mA）為單位的經過平滑的模擬輸入電壓（或電流）值。

R0755：按十六進制數 [4000h] 標定的模擬輸入值。

P0757- 0760：用于配置模擬輸入的標定。

P1001-1007：固定頻率 。

R2018：顯示經由 COM鏈路USS 接收到的過程數據。

有幾點需要指出，第一，對多段速，P1001-1007各對應一個頻率值，但一個頻率值不必放在固定的參數內，例如25既可設在P1001，也可設在P1007，只要外部數字信號輸入001或111，都使電動機運行在25 Hz。第二，模擬輸入時，P0757-P0760的設置不同，可使電動機隨輸入的變化運行在同一方向，或不同的方向。第三，頻率值高于P1082或低于P1080時，會出現限幅情況，應該修改P1082、P1080。第四，USS通信給定時，如電源接地端 PE脫開，運行頻率值保持之前的值。

（三）不能換向。此種情況比較簡單，一般是外部方向信號缺失，可參照前述方法查找。欲得到反轉效果，更有效的辦法是將頻率值設為負值。

（四）異常報警。變頻器內部有相當完善的保護措施，當發生過壓、欠壓、過流、過溫等情況，BOP面板會顯示以F或A開頭的異常信息編碼，可仔細查閱手冊，依照手冊條目檢查。值得提醒的是，人為疏忽致參數不正確，亦會造成異常，例如P0305、P0307遠比電動機額定值大，短時間內電動機溫度攀升很快。

無論在工程施工階段或設備投入運行后，設備都可能發生問題。當故障出現時，基本思路是從命令、頻率信號處入手，同時考慮設備所處環境，逐層剝筍式深入，思路要正確，方法要得當，就一定能解決問題。文中敘述的方法，經過日常教學的實踐檢驗，對促進職業能力培養和提升專業技能是行之有效的，也可供工程技術人員借鑒。

【參考文獻】

[1]MICROMASTER 420通用型變頻器（使用大全）[Z].

[2]MICROMASTER 440通用型變頻器（使用大全）[Z].

[3]西門子標準驅動MICROMASTER4系列變頻器手冊[Z].

[4]驅動通訊基礎[Z].

[5]USS通訊參數設置總結[Z].

【基金項目】廣西高校科研立項項目研究成果（KY2015YB475）

【作者簡介】黃戈里（1964— ），男，廣西南寧人，柳州鐵道職業技術學院副教授，研究方向：電氣自動化技術、職業教育。