变频器的故障和排除方法PPT课件.ppt

变频器故障排除精要 邹少明广东省深圳市 1 了解本次课程的内容 1 变频器的主电路分解和故障分析2 变频器的外接部件和应用3 变频器的常见故障分析4 变频器的维护 2 1 电压型变频器的实际主电路图 3 1 1 整流电路 大功率变频器一般都有a 直接充电b 加入限流电阻 4 1 2 整流与滤波电路 整流与滤波电路 由于目前电容制作技术的限制 大容量的电容耐压没法做得很高 最大450V 因而采用多组串并联方式设计 电容的容量是跟据负载应用在最大功率时所产生的RC放电所需的脉动直流的平波设计 功率越大的变频器 所带的负载等效阻抗越小 平波电容容量必须越大 5 1 3 直流电源安全指示 所有变频器都有 6 1 4 限流充电电路 通电时 直流电压通过RES电阻对电容进行限流充电 当电容两端电压大于80 UD时 接通T8或K1进行短接 有些变频器 如电梯专用型 则在第一次运行信号时接通控制 国外变频器通常使用晶闸管 T8 国产变频器通常使用接触器 虚线圈内K1 小功率进口变频器的整流 逆变 T8集成在一块模块中 7 1 5 逆变电路 a 逆变电路b 输出电压实际波形c 输出电压等效波形 8 1 6 逆变电路的工作特点 a 空载示意图b 矢量图c 电路图d 电压 电流曲线续流二极管作用 作为无功交换和反向发电能源通道电动机驱动状态 9 1 7 制动电路与制动单元 制动单元是变频器外选件 用于损耗再生过电压 保护变频器内部电路安全 制动单元内部主要是直流母线电压检测电路 当检测到母线电压高于600V极限值时 控制T7导通 电压越高 T7导通度越宽 在起重设备中必需使用制动单元 在其它工业设备中比较少用 当变频器使用中经常出现过电压保护报警停机时 且调长减速时间无效的情况下才选用 选用制动单元 必须与变频器的功率匹配 每一本变频器的手册都有制动单元的选用参数 小功率变频器的功率模块中通常集成有T7 制动IGBT 制动电阻采用外接方式 5 5KW以上变频器使用外接制动单元和接动电阻柜 有过温度保护 这是为了保护制动单元内部的IGBT在工作中可能会产生击穿而导致火警事故 10 1 8 变频器的检测电路和作用 11 1 9 变频器检测电路说明 开关电源 有专用外接AC端口和内部直流母线直接端口两种 这两种在应用中都有 给整个控制电路提供电源 分为单级或二级 直流母线检测电路 检测直流线母电压 供显示 矢量 报警 制动等控制用 输出电压检测电路 检测输出电压 供显示 矢量 有功 无功 视在功率 功率因素等算法用 输出电流检测电路 检测三相输出电流 供显示 矢量 有功 无功 视在功率 功率因素算法用和报警用 底板温度检测电路 检测变频器底板温度 一般传感器安装在模块底部 小功率变频器模块中也有些集成了温度传感器 马达温度检测电路 外接PTC温度传感器在马达的机身上 检测马达的温度 一般变频器都有该项功能 执行该项功能时 变频器必须设定其中一个多功能端子为PTC功能 风扇运行和检测电路 控制和检测变频器自身的散热风扇 一般变频器自身散热风扇有底板散热风扇和主控板散热风扇 安川变频器 12 1 10 变频器主电路的外接接口 13 1 11 V A节能控制 A V节能控制 即时跟据负载有功电流来调整电压 是每种新变频器必备的功能 在运行中 不但要兼顾V F控制模式 还要在当马达轻载时跟据输出电流来调整输出电压 新型变频一般都有该项功能 该项功能要在参数中激活才有效 如下图所示 说明 力矩型变频器一般不需要该项功能 所以没有该项参数调整 变频调整该项参数后 对力矩调整会产生影响 当变频器电流检测电路损坏后 执行该项功能可能会导致马达损坏 该项功能在加减速过程中无效 启动完变频器后才生效 说明 变频器才用节能控制时会导致输出力矩减少 14 2 变频器接线中常见的问题 15 2 1 输出不能接电容 输出侧接电容器的后果调制频率太高 电容容抗1 WC很小 相当于短路 16 2 2 电源反接 17 2 3 输出不能突然断开 跟据上面分析 会产生瞬变和浪涌过电压 18 2 4 自由停机要考虑的措施 跟据上面的分析 当变频器基极封锁号MRS接通或采取自由停机模式时 负载由于惯性的存在 相当于发电机 且由于输入端产生的瞬变过电压 前后夹攻变频器 在有必要的情况下 加装KM1和KM2来应对自由停机产生的报警 在极限的情况下 设置变频器自动报警复位功能来维持生产的正常运行 19 3 变频器外接部件 20 1 2 主电路接线图 21 3 1主接线端子图 说明 目前多数变器的电源输入端标号为R S T 在变频器左边 马达输出端标号为U V W 在马达右边 但是老款的ABB变频器电源输入端为U1 V1 W1在马达右边 马达输出端为U2 V2 W2在马达左边 千万别接错 22 3 2 输入和输出高频电抗器 DI DT滤波器 应用 输入和输出高频电抗器 用铁氧铁做成磁环形状 很脆 受力容量裂开 使用中要特别注意 输入输出电线要三条一起绕在磁环中 匝数越多效果越好 价格只有几元至几十元一个 比较便宜 用于消除变频器对外电源和空间幅谢的高频干扰 当变频器对周边控制仪表 电脑 外部模拟量控制出现干扰时 必须先考虑加装高频电抗器 若还出现干扰就要加装低频电抗器 也可以用谐波表对线路进行高次谐波分析 频率高于1000HZ用高频电抗 以下用低频电抗 23 3 3 输入和输出低频电抗器 正弦滤波器 应用 输入和输出低频电抗器 用矽钢片和线圈做成 非常重 价格从几十元到几万元视输入功率选配 具体参见手册 输入端接电抗器主要应用在变频器对周边仪表或电脑产生的干扰 输出端接电抗器主要应用在对无线电系统 视频或音频信号产生干扰 当出现谐波频率少于1000Hz的干扰时 就必须接低频电抗器 要注意 变频器的输入和输出主电线不能与任何低压和信号电线同一线槽 长距离时 必须接输出电抗 24 3 4 直流电抗器应用 直流电抗器 主要是用强磁铁芯和线圈构成 接在P1和P2之间 用于变频器直流侧 直流是带纹波的 因整流方式的不同 纹波的幅值和频率也不同 主要作用是平波 提高功率因数 一般进口变频器都自带有直流电抗器 当变频器制动单元工作时 一般都必需装有直流电抗器 可以减少制动电阻对电源的损耗和发热 当变频器经常出现炸整流模块现象时 当变频器接了输入输出电抗器还出现对外干扰时要考虑加装 25 4 变频器的控制端子 26 4 1 变频器的控制方框图 1 PU口 接变频器的操作面板2 可定义控制端 控制变频器的运行操作和特殊功能执行 该端口在变器上标出的符号为出厂默认模式 符号功能可以通过变频器内部参数设定更改3 模拟量输入端 频率调节电位器输入 4 20MA输入 0 10V输入 可定义为0 5V输入 该部分端子有些牌子的变频器可定义其输入的信号类型 功能和操作 4 485通讯端 与计算机或PLC能讯 控制变频器运行操作和频率设定等等 5 NVROM 变频器的程序存贮器 分为两个区域 系统程序区和用户程序区 变频器开机后 CPU会跟据系统程序区的要求 调用用户程序区的内容对变频器进行操作 在系统程序区内部有备份的参数单元 如果出现参数错乱可直接调用出厂参数 恢复出厂模式 0 5F电容为NVROM提供约10秒的供电时间 在运行瞬间断电时保存数据6 可定义输出端 与2 同理 输出包含有频率到达 电压 电流 转速等参数 可定义在某一端口输出 包含模拟量输出和晶体管共阴开关量输出 7 可定继电器 一个变频器有一个或多个继电器报警输出 其报警内容可跟据参数进行设定 8 整流电路和逆变电路在上面内容己作说明 9 开关电源 提供控制电路电源有 15V供塑变IGBT驱动 和外围使用 5V提供CPU控制电路 24V供外部 27 4 2 数字量多功能可设置输入端子原理 端了上标的符号为默认功能符号 变频器可以通过参数PR178 PR189来定义其功能 该电路中输入方式可改为源型逻辑 PNP 和漏型逻辑 NPN STF 变频器正转 STR 变频器反转 STOP 应用于3线型的停止按钮 RH 第一段速度 对应PR4的设定 RM 第二段速度 对应PR5设定RL 第三段速度 对应PR6的设定 JOG 变频器点动 对应参数为PR15 16设定为点动频率和点动加速时间 RT 第二马达参数运行功能激活 当变频器分时拖动两台不同功率马达时 所需的不同运行参数和马达参数 MRS 基极封锁 用在紧急停机控制 当该端子接通时或断开时 常开型或常闭型 变频器立即封锁IGBT触发信号 无条件执行自由停机 RES 变频器远程故障复位信号 AU 变频器模拟量输入端口选择 选择电压 电流 电位器其中一种做为输出频率控制 CS 变频器停电再启动 相当马达再启动功能在电网经常出现晃电时可以采用 参照PR57REX 十六段速度设置功能SD 控制端子的公共端PC 与SD对外提供24V 0 5A电源 28 4 3数字量多功能输入端的内电路图和功能作用 变频器中使用的光耦导通电流在3ma 15ma 由此可以算出 如果输入控制信号源阻抗在8K以内都能正常识别 这样对开关的接触电阻要求较低 对外能提供8MA的电流 为常用接近开关提供足够的工作电流 29 4 4 数字量多功能可设置输出端子 说明 继电器输出端子可以控制250V 0 5A交流和30V 1A直流 通过PR195和PR196可以改变继电器的功能 晶体管输出端子可以控制30V 0 3电流 通用MY型24V继电器吸合电流为10MA 电路中所有符号为出厂的默认功能 使用中可以跟据需要通过参数进行功能修改继电器1 变频器有任何异常时吸合 同时显示报警代码 输出停止 继电器2功能待定 RUN 变频器运行时导通 电梯 SU 变频器频率到达信号 PR41电梯 IPF 电网闪电再来电信号 自启动 OL 马达过载FU 频率检测 PR42 SE 公共端具体内容详见手册A700第35页 如下接线图 30 2 变频器的主电路常见故障现象和故障分析 变频器的主电路及测量当变频器刚上电源时的瞬间 滤波电容C1的充电电流很大 过大的充击电流易使三相整流桥的二极管损坏 为保护整流桥 在变频器刚接通电源后的一段时间里 电路内串入限流电阻R1 将电容C1的充电电流限制在允许范围内 当电容C1的充电到一定程度时 令KM接通 将限流电阻R1短路掉 一般地 当C1充电到80 Ud左右时 CPU检测后判断运行正常时 KM吸合 将限流电阻R1短路掉 该电路可能出现的问题 1 接上电源后空气开关会马上跳闸 检查IGBT 检查整流电路 目测器件2 整流输也电压不足 正常是600V直流左右 检查输入接线整流桥 用万用表查P1和RST N和RST3 开机后变频器跳过电流报警 有一个以上IGBT和G和E短路 输出缺相4 当负载有高速波动时 出现过电压 检查气化锌和齐纳是否开路5 马达转速不正常 有一组IGBTG极损坏 常见原因是对E短路开机不接负载检查三相电压6 开机正常 启动后即出现过电流 有多个IGBT的G对E短路 空载查输出三相电压 注意驱动信号 31 5 变频器的故障分析 32 2020 2 5 33 5 1 变频器的控制电路常见故障现象和故障分析 1 输入控制电路端子失效 输入摸拟量端 包括电位器端不正常 在检查之前必须将所有参数调为出厂模式之后 检查操作模式参数是不是在内部控制方式 然后按下面板的的频率增加按钮 将输出频率调整到50HZ 按下启动按钮 如果马达不运转 则是控板故障 需要检修 若是正常 则将操作模式的控制源设置为外部控制 频率控制源设置为内部控制 接正SD和STF 若电机运转不正常 转2 若正常 再将频率控制源设定为外部 若不正常 转3 若正常 将频率控制源设置为第一路4 20MA输入 注意检查上下限频率和增益 若不正 转4 若正常 将将频率控制源设置为第二路4 20MA输入 正常则检查完毕 是参数出错的问题 若不正常 则该输入端损坏 2 该端损坏 断开该端和SD 在这两端加接上数字表 如有12 24V电压 则主板控制损坏 若无电压则该端损坏可用万用表同样检查其它端子 应急情况下可以用其它端子通过参数表设定为该端的功能 3 该端损坏 要用4 24MA端子通过参数设置为0 5V再接上电位器代替4 该端损坏 用通过设置参数用另一端设置检查变频器建议用数字式万用表 34 4 2主板驱动电源电路 1 该电路的场效应管是电源模块内部 损坏后要更换整块电流模块2 开机后接在空变频器输入电源上的空气开关不跳闸 但无显示 有显示但乱码 应检查FUSE是否损坏 场效应管有没有击穿 若都没有问题 应检驱动电路及驱动电路电源 输出5V电压是否正常 电容是否失效3 显示正常 出现过电流或过电压 过热 输入端子控失效 模拟量输入失效或不线性 应检查24V输出端电容是否失效 电压是否正常 35 5 2 变频器的辅助电源实际电路 36 5 3 驱动电路 驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号 经光电隔离和放大后 作为逆变电路的换流器件 逆变模块 提供驱动信号 对驱动电路的各种要求 因换流器件的不同而异 同时 一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块 有些品牌 型号的变频器直接采用专用驱动模块 但是 大部分的变频器采用驱动电路 从修理的角度考虑 这里介绍较典型的驱动电路驱动电路由隔离放大电路 驱动放大电路和驱动电路电源组成 三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路 三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路 有很多变频器采用三个桥臂分开三路电源 如富士G11 一般该电路在30KW以上变频中才用到 30KW以下都是六只光耦直接驱动IGBT模块 故障现象 马达来回抖动或不启动 断开马达 在面板控制模式下 空载启动 如果输出UVW三相电压不平均 确认IGBT模块末损坏后 则电压最低那相出问题 也可以每相对N检查一遍 再每相对P 检查一遍 结果就很明确 也可以用数字万用表接上两只相反反向两只二极管 各相检查直流分量是否过高 再判断那一相出问题 一相下拉三极管损坏会导致一开机末启动变频器有电流 输出电压不平均 原因是三极管损坏导致IGBT无法关死 二相下拉三极管损坏导致开机跳闸 开机有电流 空载正常一带负载则跳闸或过电流 马达抖动一相上拉三极管损坏会导致开机正常 运行后马达有抱死现象 过电流保护 该相输出电偏小二相上拉三极管损坏会导致马达无电压驱动 37 5 4 保护电路 该电路是用在电流检测电路 电压检测电路 温度检测电路 温度检测电路在IGBT和整流模块中都有 电压检测电路在P 端检测 电流检测电路跟据变频不同 有的变频器在母线端检测 有的在输出UVW末端的输出端子前检测 当变频器出现异常时 为了使变频器因异常造成的损失减少到最小 甚至减少到零 每个品牌的变频器都很重视保护功能 都设法增加保护功能 提高保护功能的有效性 在变频器保护功能的领域 厂商可谓使尽解数 作好文章 这样 也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性 有常规的检测保护电路 软件综合保护功能 有些变频器的驱动电路模块 智能功率模块 整流逆变组合模块等 内部都具有保护功能 下图所示的电路是较典型的过流检测保护电路 由电流取样 信号隔离放大 信号放大输出三部分组成 该电路损坏 会出现过电流故障 过电压故障 过热故障 或无电流故障如果无电流或检查电流小和故障 当马达进入节能模式后 就不按VF进行控制 按VA进行控制 A是马达的额定电流 V是额定电压 V会随着马达的额定电流与当前电流值的比例进行线性比例变化 启动加速或停止减速还是按正常的VF变化控制 如果检测电路故障 电流显示很小 在马达控制频率高于40HZ时会出现在加速过程中马达正常 但加速完毕马达声音很闷 输出三相电压虽然是平衡 但是只有一二百伏 应急使用可将变频器节能模式关掉 38 6 变频器的常见故障分析 39 6 1 变频器的过压 过流 过载 接地 欠压 跳闸 无显示综合故障分析 1 过电压分析过电压 指的是直流母线过电压 主要是由于电源输入电压瞬变过高 负载惯性过大时减速时间过短 变频器主电路中滤波电容两端的电压检测电路损坏引起 负荷在运行经常出现过电压保护 则应增加减速时间和加装制动单元或反馈单元来解决问题 可以查看变频器显示屏显示的母线电压 再用万用表检查PN端电压是否吻合 偏差过大为变频器电压检测电路损坏 这只现象较少见 40 6 2过电流分析 过电流 当变频器检测到输出UVW三相中一相以上电流值在频率VF比值与电子热保护百分比值超出120 以上时 会出现过电流保护 1 设备在启动过程中 运行过程中频率变化时出现过电流 主要是加速时间过短 调整加速时间来满足要求 西门子常见 2 设备启动正常 运行启动完毕马达嗡嗡响 外接电流表电流很大 但查看变频器面板显示电流很小 不跳过电流保护 一按下停止按钮后马达减速停止中又正常 该现象主要是马达电流检测电路故障同时节能模式启动 变频器需要维修 应急使用可以关闭节能模式正常使用 富士G11常见故障 3 运行中偶尔出现过电流 马达运行中偶然出现力矩不足导致瞬间堵转 力矩过大导致马达励磁饱和 增加或减少输出马达力矩 力矩提升 调整VF比值 关闭节能模式 适当调高电子热保护 西门子大功率矢量型VC34常见 别外 当变频器采用外部频率控制模式时 模拟信号线受到干扰也会出现该现象 需加屏蔽线且只一端悬空 最后这种现象很少见 但出现过 41 过电流分析 4 变频器一运行 马达出现转动不正常 马达转动有异响 发热严重 主要是马达缺相 IGBT驱动电路六级中有一组组以上损坏 IGBT有一只G极损坏 检查马达 如果马达没有问题则应维修变频器 科比 富士常见 5 变频器通电正常 一运行即出现过电流报警 输出至马达导线短路 马达电枢线圈烧毁严重 六只IGBT中有一只击穿 有二级IGBT驱动电路或G极损坏 6 变频器一通电即出现过电流 运行中频繁出现过电流 但是负荷是正常的 该问题是变频器电流检测器件出问题 7 运行中马达振动 一会后出现过电流报警 检查马达空载50HZ时 三相输出电压跳动 跳动贴值超过10 主要是电流检测电路引起 一般三菱FA024系列出现 因为变频器的输出三相平衡是跟据检测的电流独相调整的 如果有一相电流检测器不正常 则马达输出电压跳动 42 6 3过载 接地分析 过载指的是马达运行中 UVW三相中有一相以上电流值在VF比值和电子热保护比值100 120 间 连续时间超10秒标准值后出现 重点应检查电机 轴承 电机经常在低频情况下工作而发热严重 接地指的是马达运行中 三相电流代数不为零 1 变频器一通电就出现接地故障 一般为变频器内部电容漏电引起的误报故障 2 变频器一运行就接地故障 出现为马达有一相接地 接线端子或变频器内部积尘漏电 变频器接地零序电流参数调整太小 3 运行中偶然出现接地故障 载波频率过高 马达电缆太长引起 可以加装输出低频 正弦 电抗器或减少载波频率 43 6 4欠压分析 欠压指的是直流母线电压低于直流500V时出现 1 变频器一通电出现欠压 电压检测电路损坏 限流充电电阻变大 滤波电容失效 2 变