诊断与处理

1　引言
　　目前，交流调速传动已经上升为电气调速传动的主流。在中、小容量范围内，采用自关断器件的全数字控制pwm变频器已经实现了通用化，全数字控制方式的软件功能不但考虑到通用变频器自身的内在性能，而且还融入了大量的使用经验和技术、技巧，使得通用变频器的ras三性(reliability可靠性、availability可使用性、serviceability可维修性)功能得以充实。由于通用变频器具有调速范围宽，调速精度高，动态响应快，运行效率高，功率因数高，操作方便且便于同其他设备接口等一系列优点，所以应用越来越广泛，经济效益十分显著。但变频器知识含量高、技术复杂，使得维护、维修、测试变频调速器的工作变得日趋重要，运行人员掌握变频器的故障诊断和处理技巧，对保证正常运行和防止损坏具有重要意义。

2　通用变频器简介
　　电力电子器件的自关断、模块化，交流电路开关模式的高频化和控制手段的全数字化促进了变频电源装置的小型化、多功能化、高性能化。尤其是控制手段的全数字化，利用了微型计算机的巨大的信息处理能力，其软件功能不断强化，使变频装置的灵活性和适应性不断增强。目前中小容量的一般猛镜谋淦灯饕丫?迪至送ㄓ没?２捎么蠊β首怨囟峡?仄骷?魑?骺?仄骷?恼?衣隹淼髦剖?spwm)或电压矢量控制变频器，已经成为通用变频器的主流。
　　变频器有交―交变频器和交―直―交变频器两大类。由于电压型交―直―交变频器主电路所用功率开关元件较少，电网侧一般为二极管整流，功率因数高，线路简单，控制多样化，故应用最为广泛。其基本构成如图1所示。

图1 变频器的基本构成

　　其中整流电路模块的作用是把三相交流电整流成直流电；逆变电路模块的作用是有规律的控制逆变器中主开关器件的通与断，得到任意频率的三相交流电；中间直流环节模块用来缓冲无功能量。控制电路模块是变频器的指挥中心，主要由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成，主要完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制及完成各种保护功能，也是经常出故障的环节。

3　故障类型及产生原因
3.1　故障类型
　　当变频器不能正常工作时就可能发生故障。按所在部位不同有以下几种：
(1)　电源故障
　　指变频器所接电网存在的故障，如电网本身过电压、欠电压、三相不平衡、主开关接触不良或损坏及熔断器熔断造成的缺相等。
(2)　内部故障
　　指变频器本身的故障，可能发生在直流环节，如短路、直流过压、欠压等。逆变环节，如输出过电压、欠电压、不平衡和过电流等。控制环节，发生的故障较多。
(3)　负载故障
　　指电动机故障，如断相、过载、短路等。
　　当出现故障时，将拒绝某些操作，主要是它的保护环节起作用。
3.2　故障原因
　　变频器在使用过程中，会出现各种故障现象。产生故障的原因也很多，概括起来有两种原因：
(1)　外部原因
　　由外部因素引起，如操作错误、参数设定不正确、负载过重、外部冷却风扇损坏、温度过高、外界干扰、电网本身有问题等。
(2)　内部原因
　　由变频器内部因素引起，如短路、接地元件损坏、绝缘破损、接插件接触不良、模块损坏等。
在处理故障时，针对不同的原因采取对应的解决办法。

4　故障诊断与处理
　　故障诊断的任务是确定故障的性质，查出产生故障的原因和部位，以便迅速处理排除故障，恢复其功能，及时投入运行。在诊断过程中应借助一些仪器仪表和变频器自诊断系统综合分析。
4.1　故障诊断的过程
(1)　询问用户变频器的故障现象和查看变频器指示等情况，包括故障发生前后外部环境的变化。例如，电源的异常波动、负载的变化等。
(2)　根据用户的故障描述，分析可能造成此类故障的原因。
(3)　打开被维修的设备，确认被损坏的部位，分析维修恢复的可行性。
(4)　根据被损坏器件的工作位置，通过阅读电路，分析电路工作原理，从中找出损坏器件的原因，以及一些相关的电子电路。
(5)　寻找相关的器件进行替换。
(6)　在确定所有可能造成故障，所有原因都排除的情况下，通电进行实验，在做这一步检查的时候，一般要求所有的外部条件都具备，并且不会引起故障的进一步扩大。
(7)　在检修设备工作正常的情况下，就可以进入系统测试。
4.2　诊断方法
(1)　故障树诊断法
　　故障树诊断法要求先列出系统或设备可能出现的故障，再将引起每个故障发生的直接原因包括硬件、环境、人为因素等，用适当的逻辑把他们与故障连接起来，构成一棵故障诊断树，如图2所示。诊断时按树由下而上逐级检查，直到把故障找出为止。在故障较多时，此法诊断方便快捷。从每个枝的基部开始检查，直到找出故障的性质、原因、部位为止。当找到的一个故障排除后，故障现象仍存在，说明还有另外故障存在，必需再检查试验，直到故障全部查清。
(2)　人工与自诊断结合法
　　变频器自动诊断只能查出故障的性质与部位，而原因不易找出，有时自诊断还有误导之嫌，就得人工诊断。此时须根据自动诊断信息，把可能引起此信息的故障列举出来，再逐个检查疑点，缩小范围，最终查出原因和部位。
(3) 对比诊断法
　　主要指现象的对比，如切断某一部分电路，更换某一元件，比较切断与不切断、更换与不更换现象是否一样，如果现象相同说明故障仍然存在，故障原因与原电路、元件无关。如果故障消失，则说明故障根源出于此电路或元件。此法常用在有同型号的变频器中。

图 2 变频器故障诊断树

5　故障诊断举例
5.1　直流过电压故障举例
(1)　变频器所接电网电压超过额定范围，因此整流后直流电压高过允许值。
(2)　电机减速时间设定太短，降速过快，反馈能量使滤波电容充电的电压迅猛增加，形成高压。
(3)　并联接在滤波器旁的制动电阻没有接通。不能消耗反馈电能，对抑制泵升电压不起作用，电容上的电压高于允许值。
　　列出疑点以后逐条检查、试验。在检查时先检查减速时间设定是否正常，正常的话进入下一疑点，用电压表测量电源电压，正常就检查制动电阻是否接通。按照上述步骤检查试验，发现与制动电阻相接的开关不能闭合。
5.2　变频器的变频功能失控故障举例
　　某厂一台拖动潜污泵的安川616p5变频器，在线停机4个多月恢复运行时发现，自开机的整个运行过程中，屏显50hz的频率，表显78a电流，不能更改。按照工艺要求泵机应在50hz以下范围内运行。显然，变频器的变频功能失控。
　　现对故障进行分析与检测。变频器能运行在50hz的工频中且输出380v的电压，泵机运行。这些现象表明功率模块输出正常，控制电路失常。616p5是通用型变频器，它的控制电路核心元件是一块内含cpu的产生脉宽调制信号的专用大规模集成电路l7300526a。该变频器通常处在远程传输控制中，从控制端子接受4~20ma的电流信号。根据通用型变频器工作原理，“频率设定不可调”故障现象，可能来自两个单元电路:
(1)　a/d转换器。
(2)　pwm的调制信号。
　　本着先易后难的检修思路，为排除a/d转换电路的隐患，采用排斥法检测。首先卸掉控制端子相关电缆，改用键盘输入频率设定值, 屏显故障现象依旧。
　　然后，采用比较法检测。用model100信号发生器分别从控制端子fi-fc，fv-fc输入4~2ma，0~10v模拟信号，结果屏显故障现象依旧。
　　从键盘输入数码信号，是通过编码扫描程序进入cpu系统，控制端子输入的模拟信号则是经过a/d转换后并经逻辑电路处理进入cpu系统。通过排斥法和比较法的检测，可以确认a/d转换电路正常。
　　硬件完好，那只能在软件上存在问题。从芯片l7300526a工作方式可知，该芯片采用数字双边沿调制载波方式产生脉宽调制信号，驱动晶体管功率模块构成的三相逆变器。载波频率等于输出频率和载波倍数的乘积。对于载波倍数的每个值，芯片内部的译码器都保存一组相应的δ值(δ值是一个可调的时间间隔量，用于调制脉冲边沿)。每个δ值都是以数字形式存储，与它相应的脉冲调制宽度由对应数值的计数速率所确定。译码器根据载波频率和δ调制，产生3个控制信号，每个输出级分配1个，它们彼此相差120°相位角。616p5的载波参数n050设定的载波变化区间分别是[1、2、4～6]、[8]、[7～9]。根据616p5的载波参数n050的含义，重新核查载波设置值，结果发现屏显输出的是一个非有效值“10”且不可调(616p5载波变化区间的有效值应为1-9)。由此可见“屏显输出50hz不可变”的故障显然与载波倍数的δ有关。载波调制功能的正常与否直接影响功率晶体管开关频率的变化，从而影响输出电压(即频率)的变化。修改该参数后故障xx。

6　结束语
　　变频器的应用日趋广泛，其日常维护管理，故障诊断处理会经常遇到。本文对通用变频器的故障诊断方法作一介绍，以供检修人员参考，对保障生产的顺利进行提供帮助，并节约外出维修费用。

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