第6章变频器的故障分析和维修.docx
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第6章变频器的故障分析和维修
第6章变频器的故障分析和维修
6.1 变频器的保护功能
6.1.1 过载保护的对象与特点
图6-1 过载的特点
a)过载特点 b)负载过重 c)载波频率过高
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
过载的保护对象:
电动机。
1.过载特点与原因
图6-2 过载的反时限保护
a)反时限的特点 b)保护曲线与频率的关系
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
反时限特性:
根据过载的程度来决定跳闸的时间。
与频率的关系:
频率低→散热差→跳闸时间短。
电流取用比:
将电动机的额定电流告诉变频器。
2.过载保护的反时限特性
3.过载跳闸的原因分析
图6-3 过载跳闸的原因分析
6.1.2 过电流保护的原因分析
图6-4 运行过电流之一
a)负载过重 b)过电流特点
――――――――――――――――――――――――――――――――――
重载过电流特点:
电流值稳定而持久。
1.运行过电流之一——负载过重
图6-5 运行过电流之二
a)负载很轻 b)过电流特点
―――――――――――――――――――――――――――――
轻载过电流特点:
轻载过电流的原因是磁路饱和,为尖峰电流。
2.运行过电流之二——负载过轻,而转矩提升过大
图6-6 加、减速过电流
a)加速太快 b)转差大 c)减速太快 d)转差大
――――――――――――――――――――――――――――――――――
加、减速过电流的原因:
转子跟不上同步转速的变化,转差大。
3.加、减速过电流
4.故障过电流
图6-7 故障引起的过电流
a)输出侧短路 b)逆变管直通 c)检测故障
―――――――――――――――――――――――――――――――――
输出侧短路:
变频器无输出时不短路,一有输出就短路。
属于变频器外部故障
逆变管直通:
属于变频器内部故障,有时由外部原因(如环境温度太高等)导致。
检测故障:
属于变频器内部故障。
5.过电流跳闸的原因分析
图6-8 过电流跳闸的原因分析
6.1.3 电压保护功能
图6-9 过电压原因
a)减速太快 b)长线路在频率变化太快时 c)检测故障
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
减速太快:
转子转速跟不上同步转速的下降,发电量大,泵升电压升高。
线路太长:
在频率变化太快时,可能过电压。
检测故障:
变频器内部的检测器件损坏。
1.过电压原因
2.过电压跳闸原因分析
图6-10 过电压跳闸原因分析
3.欠电压原因
图6-11 欠电压原因
a)限流电阻损坏 b)电源缺相
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
限流电阻损坏:
电容器不能充电。
电源缺相:
整流后平均电压下降。
4.欠电压跳闸原因分析
图6-12 欠电压跳闸原因分析
6.1.4变频器的过热保护
图6-13与模块功耗有关的因素
a)通态功耗与输出电流b)开关损耗与载波频率 c)驱动模块损坏
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
通态功耗:
输出电流越大,通态功耗也越大。
开关损耗:
载波频率越高,开关损耗也越大。
驱动模块损坏:
使IGBT管接近或进入放大状态,功耗大增。
1.发热因素(与模块功耗有关)
2.散热因素(与通风有关)
图6-14通风不畅
a)变频器风机故障b)散热器堵塞c)控制柜通风不畅
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
风机:
必须鼓风有力。
散热器:
通道必须保持畅通。
图6-15 发热跳闸原因分析
3.发热跳闸原因分析
6.1.5 变频器的防止跳闸功能
1.防止跳闸功能含义
图6-16 防止跳闸功能
a)加速防跳闸 b)减速防跳闸 c)运行防跳闸
―――――――――――――――――――――――――――――――
加速防跳闸:
加速过程中,如电流超过限值,则暂停加速。
减速防跳闸:
减速过程中,如直流电压超过限值,则暂停减速。
运行防跳闸:
运行过程中,如电流超过限值,则减频运行。
6.1.5 变频器跳闸后的处理
1.内部电路处理
图6-17逆变管封锁
――――――――――――――――――――――――――――――――――
(1)封锁逆变管;
(2)显示故障代码;(3)故障继电器动作。
2.显示故障原因
图6-18显示故障原因
a)LED显示b)LED和LCD显示
――――――――――――――――――――――――――――――――――
LED显示屏:
显示故障代码。
LCD显示屏:
显示故障发生时的运行数据。
6.1.6 自动重合闸功能
1.自动重合闸与瞬时停电重合闸功能
图6-19 变频器的重合闸功能
a)故障跳闸后的重合闸 b)瞬时停电后的重合闸
――――――――――――――――――――――――――――――――――
跳闸后的重合闸:
变频器因故障而跳闸后,允许重合闸若干次,间隔时间tSP可预置。
瞬时停电后的重合闸:
变频器在瞬时停电又来电时,允许自动重合闸,间隔时间t0不可预置。
工作特点:
预置了重合闸功能后,在重合闸功能未结束前,故障继电器将暂不动作。
自动搜索频率:
即重合闸时的起始频率。
休 息 15 分 钟
6.5变频器的部件测量
6.5.1整流与滤波电路
图6-20整流桥的粗测
a)整流桥电路b)端子测量 c)模块测量
――――――――――――――――――――――――――――――――――
要点:
记住各二极管两端的端子符号。
1.整流桥的粗测
2.滤波电路的粗测
图6-21 滤波电路的粗测
a)滤波电路损坏特点 b)电容器损坏特点 c)均压电阻损坏特点
――――――――――――――――――――――――――――――――――
电容器损坏后:
呈短路状态。
电阻损坏后:
呈断路状态。
6.5.2逆变电路
图6-22 IGBT管的简单测试
a)控制极反偏b)控制极正偏 c)控制极的测量
――――――――――――――――――――――――――――――――――
G+E-:
IGBT导通。
G-E+:
IGBT截止。
G、E之间:
处于绝缘状态。
1.IGBT管的简单测试
2.IGBT管的损坏原因
图6-23 IGBT管的损坏原因
a)环境温度太高 b)负荷电流太大 c)驱动电压不足
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
环境温度太高:
交替导通时死区变窄,容易直通。
负荷电流太大:
延长关断时间,结温升高,死区变窄,容易直通。
驱动电压不足:
容易因进入放大状态而烧坏。
3.驱动不足的后果
某IGBT管:
击穿电压UCEX=1200V;漏电流ICEX=1.0mA;
集电极最大电流ICM=100A;饱和压降UCES=2.6V;
图6-24 驱动不足的后果
a)输出不平衡 b)IGBT管饱和 c)IGBT管截止 d)IGBT管的放大
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
输出不平衡:
输出电压和电流不平衡可能原因之一,是驱动问题。
IGBT管饱和导通:
功耗小于额定功耗。
IGBT管截止:
功耗接近于0。
IGBT管处于放大状态:
功耗远超过额定功耗,必烧无疑。
额定功耗PC=600W。
4.反向二极管的粗测
图6-25逆变桥的粗测
a)逆变桥电路b)端子测量 c)模块测量
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
要点:
记住各反向二极管两端的端子符号。
6.5.3 驱动电路
图6-26驱动模块的粗测
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
万用表测量:
测量各驱动模块输入端的电阻是否相等?
示波器测量:
测量各驱动模块输入端和输出端的波形是否一致?
1.驱动模块的粗测
2.驱动模块电路
图6-27 IGBT的驱动电路
a)驱动模块电路 b)G、E间的电压
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
⒂-⒁间得到信号:
V01导通、V02截止,G极接20V,E极接5V,UGE=15V,IGBT导通。
⒂-⒁间无信号:
V01截止、V02导通,G极接0V,E极仍接5V,UGE=-5V,IGBT截止。
图6-28 驱动模块的检查
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
SA闭合:
⒂-⒁间流入4mA,V01导通、V02截止,
UGE=15V,IGBT导通。
SA断开:
⒂-⒁间无电流,V01截止、V02导通,
UGE=-5V,IGBT截止。
3.驱动模块的检查
图6-29 驱动电路的电源
―――――――――――――――――――――――――――――――
V4、V6、V2:
因三管的E极共线,故可以共用驱动电源。
V1、V3、V5:
因三管的E极分属三相,故三个驱动电源互相绝缘。
4.驱动电路的电源
6.6变频器的整机测量
6.6.1 输出电压的测量
1.电磁式仪表
图6-30电磁式仪表测电压
a)电磁式仪表构造 b)测量部位 c)测量结果
―――――――――――――――――――――――――――――――――
电磁式仪表:
被测电流通过线圈,吸引铁片,使指针偏转。
测量电压:
线圈匝数很多,相当于纯电感电路,感抗随频率而变,低频时读数偏大。
fX↓→XL=2πfXL↓→IL↑
图6-31数字式仪表测输出电压
a)被测电压波形 b)数字表采样过程 c)测量结果
―――――――――――――――――――――――――――――――――
数字式仪表:
定时地进行采样,取一段时间内采样结果的平均值。
采样结果:
因每次采样结果都是变频器的直流电压值,故读数常较实际值大得多。
2.数字式仪表
图6-32整流式仪表测输出电压
a)磁电式仪表 b)整流式仪表及测量电压波形 c)测量结果
―――――――――――――――――――――――――――――――――
磁电式仪表:
被测电流流过线圈,因受磁场的作用力而偏转。
测量电压:
必须串联很大的附加电阻,相当于纯电阻电路。
故测量结果不受频率影响。
3.整流式仪表
图6-33 非正弦电流的测量
a)7次谐波电流 b)电流互感器 c)副方等效电路
―――――――――――――――――――――――――――――――――
电的方面:
(1)高次谐波电流经分布电容的漏电流增加。
(2)高次谐波电流的感抗大,容易被削弱。
磁的方面:
(1)铁心对高次谐波磁通的导磁率减小。
(2)频率越高,磁滞损失和涡流损失增大。
结果:
高次谐波电流被大量削弱,总电流读数偏小。
6.6.2 输入电流的测量误差
图6-34 功率的测量
a)电动式仪表结构 b)电动式仪表符号 c)测量功率的接法
――――――――――――――――――――――――――――――――――
输出侧:
因电动机三相电流是平衡的,可用两表法测量三相电功率。
输入侧:
因三相输入电流不平衡,只能分别测量各相电功率后相加。
6.6.3 功率的测量
图6-35 变频器绝缘电阻的测量
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
要点:
(1)为防止半导体器件受损,只能用500V兆欧表。
(2)为防止兆欧表的高电压窜入低压电路,须将主电路各端子联接在一起。
6.6.4 绝缘电阻的测量
变频器应进行哪些日常维护?
6.7变频器的日常维护与修理后的通电
6.7.1 经常检查的部位
1.整机的检查
图6-36 整机的日常检查部位
a)电容器外观 b)风扇和散热器 c)主触点温度
――――――――――――――――――――――――――――――――――
电容器:
(1)外观;
(2)测量。
散热状况:
(1)风扇;
(2)通风槽。
主触点接触检查:
用点温计测各点温度。
2.主控板的检查
图6-37 主控板的日常检查
――――――――――――――――――――――――――――――――――
控制电源电压:
是否5V?
元器件:
是否变色?
接插件:
是否松动?
6.7.2 电解电容器与风扇
1.电解电容器与风扇的使用寿命
图6-38 需要定期更换的器件
a)电解电容器 b)冷却风扇
――――――――――――――――――――――――――――――――――
电解电容器:
5~10年; 冷却风扇:
2~3年。
2.电解电容器的处理
图6-39 电解电容器的处理
a)长期不用后的处理 b)快速放电法
―――――――――――――――――――――――――――――――
长期不用后的处理:
加50%UN,半小时以上。
修理中的快速放电:
用10kΩ、40W的电阻接电容器两端。
6.7.3 修理后的通电
图6-40 变频器通电步骤
a)检查整流滤波 b)接入逆变管 c)接入驱动电路
――――――――――――――――――――――――――――――――――
第一步:
将整流滤波电路通电,观察是否有异常?
第二步:
接入逆变电路,观察漏电流大小。
第三步:
接入驱动电路,观察漏电流大小。
1.通电的步骤
2.通电防短路
图6-41 通电防短路
――――――――――――――――――――――――――――――――――
在整流桥和限流电路之间串联大灯泡,如后面短路,大灯泡亮。
休 息 15 分 钟
售后服务要到位!
6.8变频器的运行试验
6.8.1 新购变频器的基本试验
图6-42 变频器的通电试验
a)观察面板和风机 b)测量输出电压
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
(1)熟悉面板;
(2)观察通风情况;(3)测量输出电压。
1.通电试验
2.电动机的空载试验
图6-43 电动机空载试验
a)检查旋转方向 b)检查输出侧的平衡情况
――――――――――――――――――――――――――――――――――
(1)检查旋转方向。
(2)检查输出电流是否平衡。
3.电动机的负载试验
图6-44 发热与振动试验
a)低速发热试验 b)高速振动试验
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
低速运行:
主要检查电动机的发热。
高速运行:
除检查电动机的发热外,还要注意拖动系统是否振动?
6.8.2 拖动系统的谐振试验
1.试验方法
图6-45 拖动系统谐振试验
a)缓慢加速 b)缓慢减速
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通过反复而缓慢地加速与减速,寻找是否有谐振点。
2.谐振的消除
图6-46 回避频率
a)一处回避 b)三处回避
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
回避频率(跳跃频率):
谐振点的频率。
回避宽度:
需要跳过的宽度。
6.9 主电路的干扰问题
图6-47变频器的电压、电流波形
―――――――――――――――――――――――――――――――――
变频器的干扰源:
(1)输入电流;
(2)输出电压;(3)输出电流。
6.9.1 变频器的干扰源
图6-48电路传播与隔离
a)电路传播 b)电源隔离和滤波
――――――――――――――――――――――――――――――――――
传播途径:
(1)电源线;
(2)不规范的地线。
防止方法:
(1)采用隔离电源;
(2)接入滤波器。
6.9.2 电路耦合引起的干扰
6.9.3 感应耦合引起的干扰
1.干扰方式
图6-49电磁感应与静电感应
a)电磁感应 b)静电感应
――――――――――――――――――――――――――――――――――
电磁感应方式:
这是电流干扰信号的主要传播方式;
静电感应方式:
这是电压干扰信号的主要传播方式。
2.削弱方法
图6-50 控制线的屏蔽与接法
―――――――――――――――――――――――――――――――
远离:
其他设备的控制线应尽量远离变频系统的主电路。
相绞:
各种信号线都应相绞,绞距越小,效果越好。
屏蔽:
各种信号线都应采用屏蔽线,屏蔽层应单端接地。
(1)控制线的措施
(2)主电路的屏蔽
图6-51 主电路的屏蔽与接法
―――――――――――――――――――――――――――――――
变频器的输出线:
(1)采用4心、5心、6心线,多余心线两端接地。
(2)屏蔽层两端接地。
6.9.4 电磁幅射引起的干扰
1.干扰方式
图6-52空中辐射与接地
a)空中辐射 b)接地方法
―――――――――――――――――――――――――――――――――
空中辐射的主要干扰对象:
各种通讯设备。
削弱方法之一:
正确接地
图6-53接入滤波器
a)外接滤波器 b)内接滤波器
――――――――――――――――――――――――――――――――
削弱方法之二:
接入滤波器。
输入滤波器:
进线端和出线端一般不分。
输出滤波器:
须注意区分进线端和出线端,不能接错。
2.削弱方法
6.11家电的变频调速
家电变频也时髦!
6.11.1 改用了三相电动机
图6-54 单相电动机的磁通与转矩
―――――――――――――――――――――――――――――――――
单相磁场特点:
是脉动磁场,可以分解两个相反的旋转磁场。
1.单相电动机的磁通与转矩
图6-55单进三出变频器
―――――――――――――――――――――――――――――――――
单相变频器:
输入单相交流,输出三相交流,故称为单进三出变频器。
2.单进三出变频器
3.单相整流电路
图6-56单进三出时存在的问题
――――――――――――――――――――――――――――――――――
220V交变电压经全波整流后的平均电压只有198V,逆变后的线电压只有146V,不能满足负载要求。
(1)存在问题
(2)解决方法
图6-57单进三出的升压电路
―――――――――――――――――――――――――――――――――
如在整流桥后接入增压电容器C01和C02,则直流电压可达297V,逆变后可得220V线电压。
6.11.2 其他好处
图6-58压缩机的起动与停止
a)工频起动与停止b)变频起动与停止
――――――――――――――――――――――――――――――――――
工频起动与停机:
起动过程和停机过程都很迅速,影响压缩机寿命。
变频起动与停机:
起动过程和停机过程都较平缓,延长压缩机寿命。
1.压缩机的起动与停止平稳了
2.空调温度稳定了
3.冰箱能够速冻了
附录1:
图 书 信 息
1.SPWM变频调速应用技术 机械工业出版社
联系人:
孙流芳 电话:
010-
2.常用变频器功能手册 机械工业出版社
联系人:
李振标 电话:
010-
手机:
3.变频调速460问 机械工业出版社
联系人:
李振标 电话:
010-
手机:
4.电动机变频调速图解 中国电力出版社
联系人:
李建强 电话:
010-
手机:
5.变频器的安装、使用和维护中国电力出版社
联系人:
杨淑玲 电话:
010-
手机:
6.《变频器世界》杂志从第七期开始连载“小孙学变频”
联系人:
罗思娜电话:
0755-
手机:
附录2:
几种产品的联系人
1.电能回馈单元深圳加能公司
联系人:
吴志宏 电话:
0755-
手机:
古伟宇手机:
2.超能士变频器上海恒聚实业有限公司
联系人:
宋兆权 手机:
3.V5-H系列变频器深圳市蓝海华腾公司
联系人:
邱文渊 手机:
4.QB系列快速制动器中国智达技术公司
联系人:
陈祖慎电话:
021-
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