集裝箱裝卸起重機用安川變頻器常見故障分析與處理

引言

福州青州港區(qū)新購進的1臺橋式起重機（以下簡稱QC）與6臺輪胎式龍門起重機（以下簡稱RTG），都是使用安川變頻器驅動,。雖然型號各異,，（有6R6CR5、616G5,、616H5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?，F根據筆者隨機調試及維修保養(yǎng)時的經驗進行介紹,，為該類設備的運行提供參考,。

2 安川變頻調速結構及其工作原理

根據n=120f/p（其中n=電機轉速,、f=電機定子側供電頻率、p=電機極對數）可知,，在異步電動機的極對數不變情況下,，只要改變電源頻率f，就可以實現對異步電動機的調速,。在集裝箱裝卸起重機上,，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,，該變頻器工作形式為交-直-交,，而給變頻器提供各種控制信號的回路稱為控制回路,，如圖1所示，其包括以下幾個部分：

（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R1：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I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R1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閉合，將R1旁路,，所以說該元件必須定期保養(yǎng),。

（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10s供變頻器工作；當電網電壓跌落50%時,，可以維持電容兩端電壓UC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,，還應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（IGBT）：全稱為大功率雙極性絕緣柵場效應館，包括柵極,、源極,、漏極，其特點為電壓控制器件,，門極觸發(fā)功率低,、開關頻率高、特性抑制性好,，即通態(tài)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/dt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(jié)器ACR使用，當發(fā)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,，其與控制電路隔離，控制IGBT的導通,、關斷,，如果IGBT損壞了，一般說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PG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地人機交換,，包括各種內部參數的輸入。

3 安川變頻器常見故障分析與處理

安川變頻器在電氣柜門上安裝有手操作器,，會顯示各種參數值及發(fā)生的故障代碼,，現根據我們的經驗分析如下：

（1） 變器顯示OC即過流，其具有瞬間記憶功能,，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;變流器的輸出電流達到異常值,也將同樣停止逆變器運轉,。具體處理可按以下逐項檢查：

① 加速時間是否太短,；

② 力矩提升參數是否太大；

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,；

④ PG檢測回路是否異常，包括PG卡及脈沖編碼器,；

⑤ 電流互感器是否異常,；

⑥ 主功率器件IGBT是否異常；

⑦ 如果以上都沒問題,，可以斷開輸出側的電流負感器和直流檢測點,，復位后運行，還出現過流,，很可能是主控板或觸發(fā)板出現故障,。

（2） 變頻器顯示OL即過載，主要用于逆變器輸出電流超過額定值,，且持續(xù)流通超過規(guī)定的時間,，為了防止逆變器器件、電線等損壞,，要停止變頻器工作,。具體分以下三種：

① 電流超過額定電流150%且持續(xù)60s，就報OL1故障,，說明電機過載,；

② 電流超過額定電流180%且持續(xù)10s，就報OL2故障,，說明變頻器過載,；

③ 電流超過額定電流200%且持續(xù)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GD2(慣性)過大或因負載過大使電動機堵轉而產生,，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(fā)熱而過載,。

（3） 變頻器顯示GF即負載對地短路,，其具有瞬態(tài)功能，也就是三相相電流偏差大于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，主要為控制回路部分,。

（4） 變頻器顯示OH即變頻器過熱,，可分為OH1與OH2。原因分析如下：

① 變頻器柜內部兩套風機是否異常,；

② 環(huán)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?，F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R1,，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R1燒壞而出現欠壓故障,。另外還有其它可能：

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U1-07中DC BUS來監(jiān)測,。

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

如果變頻器驅動大慣性負載,，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(fā)電狀態(tài),，機械能轉化為電能，并被變頻器直流側的平波電容吸收,，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家制動單元,。當然在QC中,，還應檢查能量回饋單元（CONVERTER）；也有可能網側容量不夠,，即高壓側變壓器容量不夠,，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RTG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INVERT無故障,，參數設置正確,，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（正常值為580~600V）,，再測輸入側，發(fā)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工作，是因為該變頻器母線電壓下限是400V,，當母線電壓降至400V以下時,，變頻器才報告直流母線低電壓故障。當兩相輸入時,，直流母線電壓為380V×1.2=452V,大于400V,在變頻器不運行時,由于平波電容的作用,直流電壓也可達到正常值,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,。

4 結束語

采用安川變頻器作為集裝箱裝卸起重機上異步電機驅動器,，盡管其可靠性高，但如果使用不當或偶發(fā)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,，對從事設備人員尤為重要。