第15章 高压变频器故障与维护.ppt

第8章高压变频器常见故障发生的原因,1,2,高压变频器一般具有高度的智能化水平和完善的故障检测电路，并能对所有的故障提供精确的定位，在主控界面上做出明确的指示。在实际的运用中我们发现，常见的故障可以分为光纤故障、过电电压故障、欠电压故障、缺相故障、过热故障、驱动故障、变压器故障、控制器故障、脱机故障等。工矿企业的技术人员需要了解高压变频器的这些常见故障发生的原因和处理方式，这里就高压变频器常见的故障及产生的原因和处理方法进行分析。由于高压变频器的种类较多，拓扑结构各不相同，本章以国内市场主流的单元串联多电平型高压变频器为主进行分析。,3,8.1 光纤故障在高压变频器中，功率单元属于高压部分，控制器属于低压部分。为了实现低压部分与高压部分完全可靠地隔离，以保证极高的安全性。同时控制器与功率单元有一定的安全距离，为保证在远距离信号传输中仍然具有很好的抗电磁干扰性能，控制器与功率单元之间采用光纤通信技术，光纤及光纤信号发送接受接收器作为控制器与功率单元的通信介质。高压变频器出现光纤故障一般有以下几种情况：,4,功率单元与控制器之间的光纤连接头脱落或者接触不良；光纤信号发送接收器内部堆积灰尘；光纤折断；光纤通信电路控制板上部分器件损坏或者受温度影响工作不稳定，如器件老化，芯片插座松动。晶振起振不稳定，振幅降低等；光纤电路控制电源输出不正常。,5,在出现光纤故障的情况，首先需要判断是功率单元侧出现故障还是控制器侧出现故障。在不能明确故障出现在哪一侧的情况下，应在高压变频器断电后，根据监按界面的故障记录用备用功率单元替换下被怀疑有故障的功率单元，然后重新给变频器通电，此时如果故障消失则可以判定属于功率单元故障，如果故障仍然存在则应是控制器有故障，此时可以考虑更换控制器中小的光纤通信板。,6,当然在没有备用模块的情况下又要确定是控制器还是功率单元的故障，需要慎重考虑是否对变频器重新上电。因为盲目上电可能会对变频器造成二次损坏。此时，可以根据上面列举的光纤故障可能发生的原因逐一进行检查，然后再确认功率单元内部是否有打火痕迹，整流桥、SCR是否有击穿现象，电解电容是否爆裂，熔断器是否己断裂等，逐一检查未发现异常时可以考虑重新上电。同时将在控制器中光纤板上的同一相的其他任意一个功率单元对应的光纤与进行对调，再次上电时监控界面定位的光纤故障如果仍然在原位置，说明是光纤板损坏。反之，监控界面显示的光纤故障已经更换位置。则说明是功率单元故障，此时可以考虑与厂家联系更换或维修故障功率单元。,7,82 过电压故障 高压变频器过电压故障保护是各功率单元内直流母线电压达到危险程度后采取确保护措施，在高压变频器的实际运行中引超此故障的原因较多，可以采取的措施也绞多。在处理此类故障时要分析清楚故障原因，有针对性地采取相应的措施去处理。正常情况下直流母线电压为三相交流输入线电压的蜂值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压 Ud1.414700899V。过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时，(通常为正常值的1020)，高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，有一个正常的工作范围，当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。,8,8.2.1 过电压故障的危害 高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几个方面。对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接有影响，严重时会引起电容器爆因而高压变频器厂家将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定范围，变频器将按限定要求跳闸保护。,9,对功率器件如整流桥、IGBT、SCR 寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对于AC 700V左右，输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定电压一般选定在DC 1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大，因此在直流母线电压过高时，再叠如功率器件的额定电压而造成器件击穿损坏。对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的DC/DC变换器需从直流母线取电，DC/DC变换器的输入电压也有一定范围，直流母线电压过高，则DC/DC变换器中开关管如MOSFET也会损坏。,10,822 引起过电压故障的原因 一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两的个方面。1来自电源输入侧的过电压正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%+10以内，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时。变频器会困过电压保护而跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补充电容在合闸或断开时形成的过电压等。其主要特点是电压变化率dudt和幅值都很大；当然，还有同一个电源所带的负载突然减小，引起电源电压的上升等。此时最好断开电源，进行检查处理。,11,2、来自负载侧的过电电压 由于某种原因使电动机处于再生发电状态时。即电动机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态时。负载的传动系统中所存储的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个如IGBT中的续流二极管回馈到功率单元直流母线回路中。此时的逆变桥处了整流状态，如功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。一般在变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因如下：,12,频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自启处理功能。当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设得比较小。在减速过程中，变频器输出的速度减速比较快。而负载依靠本身阻力减速比较慢。使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还用高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而变频器直流回路电压升高，超出保护值，出现故障。,13,北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSYERT-A系列高压变频器为了避免因减速过电压跳闸，专门设置了减速过电压的自动处理功能，如果在减速过程中直流母线超过设定的答应上限，(此上限低于过压保护值)，变频器的输出频率将不再下降，暂缓减速，待直流电压下降到设定值以下，再继续减速。如果减速时间设定不合适，又没有利用减速过电压的自动处理功能，就可能出现过电答应故障。,14,工艺要求在限定时间内减速至规定额定值或停止运行。工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定相关参数也不能消除这一故降，此时，变频系统必须有措施来消耗多余的能量，如采取电阻消耗的办法。,15,电动机所传动的位置负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态。回馈能量超过中间值直流回路及其能且处理单元的承受能力。过电压故随也会发生。对于这种负载，应该选用带能量回馈功能的变频器。将能量回馈至电网。多个电动机拖动同一个负载时，也可能出现这一故障，这主要是由于没有均衡负荷分配引起的。以两台电动机施动一个负载为例，当一台电动机的实际转速大个另一台电动机的同步转速时。则转速高的电动机相当于原动机，转速低的处于发电状态，引起了过电压故降。处理时需加负荷分配控制装置。可以把变频器输出特性曲线调节得缓和一些。,16,变频器中间直流回路电容容量下降，变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，存工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸的概率回增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。,17,不管是来自电源输入侧的过电压，还是来自负载侧的过电压，它们带来的结果都是变频器的各个功率单元直流母线电压超过了保护值从而产生过电压故障。但高压变频器在现场运行中报过电压故障也有相当一部分并不是因为母线电压升高而引起的，而是由检测回路工作异常造成的。过电压检测电路包括高压采样回路和低压比较回路，通常直流母线电压要经过采样后再与基准信号进行比较，经过隔离电路后才送至故障处理单元。检测回路任意一个元器件损坏(如采样电阻烧断、光耦老化等)或者检测回路抗干扰性不强，都会引起变频器通报过电压故障。过电压的危害很大，必须立即保护，因此决定了硬件检测回路和软件判断程序的稳健性不能太强，所以相对欠电压、缺相等故障来说，过电压故障误报的可能性相对来说更大一些。,18,823 避免过电压故障的方法 根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限制定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。,19,1在电源输入侧增加吸收装置，减少变频器输入侧过电压因素 对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断并时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。,20,2从变频器已设定的参数中寻找解决办法 在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在给工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载功能逐渐降放；该参数的设定要以不引起中间路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象。就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值。即采用分段减速方式。,21,3采用在中间直流回路上增加适当电容的方法 中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适与当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器是解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器变频器的办法，是以增大变频器容量的方法来换取道过电压保护能力的提高。,22,4在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压 目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥。电源电压历高，中间直流回路电压也高，有些用户处网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置移相整流变压器侧预留5、0分接头，一般出厂时移相变压器高压侧都默认接在0接头处，在电压偏高时，可以将输入侧改接在5分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压。达到相对提高变频器过电压保护的目的。,23,5 增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性 前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分。因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面两入手。中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短。电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕量大、防潮性好、温漂小的电阻。低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦，合理设计参数以提高光耦一、二次侧的执干扰能力。,24,6、在输入侧增加逆变电路的方法 处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网络。但可控整流桥价钱昂贵，技求复杂。不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。,25,7采用增加泄放电阻的方法 根据实际情况在功率单元内增加泄放电阻，为中间直流回路多余能量的释放提供通道，足一种泄放能量的有效方法，能一定程上缓解频繁过电压的矛盾，其不足之处是能耗高，可能出现频繁投切或长时间投运，致使电阻温度升高、设备损坏。所以电阻的选择要和负载惯性能量相匹配。,26,除了以上列举的处理措施以外，高压变频器过电压故障的发生还与功率单元中间直流母线排结构的设计形式、功率等级大小有关。总之，高压变频器功率单元中间直流过电压故障是变频器的一个非常重要的故障点，关键是要分清原因，结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况。才能制定相应的对策。只要认真对待，过电压故障是不难解决的。,27,83 欠电压故障 和过电压故障定义类似，高压变频器欠电压故障保护是各功率单元中间直流母线电压持续低到一定程度且维持一段时间而采取的保护措施，欠电压也是用户在使用高压变频器中经常碰到的问题，电网电压降低后，功率单元中间直流电压若降到欠压保护值以下，保护电路将动作。,28,831 欠电压故障的危害 高压变频器功率单元中间直流回路欠电压的主要危害表现在以下几方面。导致变频器过载或者过流保护。高压变频器带重载运行过程中若突然出现长时间欠电压，此时因为输出功率银大而变频器输出电压的脉冲幅度过低，根据公P=3UIcos，输出电压下降,为维持输出功率不变势必输出电流相应增加；而当输出电流超过一定值时，变频器输出过载或者过流保护电路动作。,29,功率单元控制板不能正常工作。功率单元控制板上的DC/DC变换器输入电压有一定范围，对直流母线电压值有一个下限值要求。当电压低到一定程度时，单元控制扳将不本能正常工作，所以，在此之前，欠电压保护就必须起作用了。,30,832 引起欠电压故障的原因 一般能引起中间直流回路欠电压故障的原因主要有以下几个方面。在变频器的供电回路中，若存在大负荷电动机的直接启动，产生电网瞬间的大范围波动即会引起变频器欠电压保护，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网波动过后设备即可通常运行。来自电网的负向波动。功率单元输入电源缺相。输入电源缺相包括：三相交流输入侧两相或者以上熔断器可能熔断，变压器二次侧至功率单元输入侧接线螺栓松动或者功率单元三相进线松动等。,31,欠电压检测电路出现异常。率单元三相整流桥的某相断路。移相整流变压器二次侧短路。,32,833 欠电压故降的处理方法 根据以上针对高压变频器欠电压带来的危害及产生的原因，可以从以下几个方面来处理欠电压故障。1增大供电变压器容量，改善电网质量 在实际工况下如果同一供电母线下，变频器周围频繁有大容量用电设备启动，应尽量增加供电变压器容量，减小电压跌落幅度；如果启停数不是很频繁，可以选用具有来电自启动功能的变频器。这种变频器，当电网剧烈波动时停机，电网电压恢复正常后，自动识别或者查找电动机转速，更新开始运行；负载没有停机对生产的影响很小。,33,2检测变压器至功率单元的连接以及功率单元的整流桥 当用万用表确认变压器二次侧至功率单元输入侧的电缆连接可靠、变压器外观未出现异常时，应对功率单元的整流桥进行检测。,34,具体的检测方法，以HARSVERT-A系列功率单元为例说明。图8-1所示为功率单元的电路原理图。首先找到变频器内部直流电源的正极V+及负极V-，将模拟万用表调到R10挡，数字万用表调到二极管挡，红表笔接到V+上，黑表笔分别接到R、S、T上，用模拟万用表时应该有十几欧的阻值，用数字万用表时应该显示0.3-0.5的数值。相反，将黑表笔接到V+上，红表笔依次接到R、S、T大，应该有一接近于无穷大的阻值。将红表笔接到V-上，重复以上步骤，睹应得到相同的结果，用以上的方法基本能判定整流桥的好坏。,35,36,这里需要着重强调的一点是；当需要打开变频器柜门前一定要确认高压断电时间已超过15min，因为高压变频器运行时，功率单元直流回路电压已达到1000V左右。且平波所用电解电容数量较多，等效容量较大，因此存储了大量的电能；变频器断电后需等待功率单元中的均压电屯阻将电容上的电能泄放到安全范围后（放电持续时间在15min以上）才可以对功率单元进行检测。,37,3增强欠电压检测电路的可靠性 欠电压检测的原理与过电压检测相同，需要关注的事项基本上也相同。不过需要关注的是欠电压检测电路在软件方面的抗干扰性很强，因为欠电压故障的实时性要求不高，一般很少因干扰造成误报欠电压故障。,38,3增强欠电压检测电路的可靠性 欠电压检测的原理与过电压检测相同，需要关注的事项基本上也相同。不过需要关注的是欠电压检测电路在软件方面的抗干扰性很强，因为欠电压故障的实时性要求不高，一般很少因干扰造成误报欠电压故障。一般能引起变频器出现缺相故障的原因主要有以下几个方面：,39,高压输入开关掉闸，或者电网发生故障；功率单元三相进线的熔断；移相整流变压器二次侧短路；整流变压器三相进线螺栓松动，或者整流变压器与功率单元的连接线路出现故障；缺相检测保护电路异常，在这种情况下，更换相应的捡测电路即可。,40,85 过热故障 高压变频器运行系统额定负载运行的效率一般都在96%左右，其余的4的功耗主要是以热能的形式散失在变频器中了；如果变频器内部的热量不及时散出，必然导致移相变压器在高温下运行；功率单元的IGBT、整流桥等功率器件和电解电容等也会在超出安全工作温度下运行。长此以往变频器的寿命会大大降低，严重时会直接导致元器件的损坏，因此需要设置过热保护，在高压变频器中主要有变压器过热保护、功率单元过热保护电路。,41,移相整流变压器一般分轻度过热(作用于报警)和严重过热(作用于跳闸)保护。过热保护一般会有以下几方面原因：变压器变二次侧接线绝缘破损、短路；变压器长时间过载运行；现场环境温度过高；变压器的冷却风机不正常，风路不通畅；温度控制器功能不完善，过热保护参数设定不合理，或参数被非法复位或修改等。,42,功率单元过热故障保护主要是功率器件在一定电流下运行时。器件基板的湿度达到规定的温度时而采取的一种保护措施。功率器件如整流桥、IGBT等在移相整流变压器该子时本身也要消耗功率，其耗散功率主要包括通态损耗和开关损耗，其结果使基板温度tC、和半导体结温tj上升。图8-2所示为IGBTY耗散功率P与模块基板温度tC的关系曲线。图8-3所示的为IGBT集电极电流Ic与模块基板的温度tC的关系曲线。可以看出随着IGBT基板温度tC的上升，IGBT允许的耗散功率和集电极电流急剧下降，因此必须控制其最高基板温度tC。一般，基板温度控制在低于80，这样，半导体结温tj可控制在125以内，否则会造成管子的过热烧毁。为了保证基板温度，使IGBT 稳定可靠工作，必须采取适当的散热措施，并增加IGBT过热检测保护电路。IGBT过热检测元器件可以采用温度继电器或热敏电阻。,43,44,一般能引起功率单元过热故障的原因主要有以下几个方面：环境温度过高，散热效果较差，变频器内部温度较高；测温元件连接线断开或元件出现故障；功率单元柜顶风机不良；进风口或出风口不通畅，通风通道阻塞，或者滤网堵塞。,45,8.6 IGBT,SCR驱动故障功率器件的保护和 故障分析 IGBT,SCR是高压变频器中最关键的功率器件，它是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。IGBT,SCR作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。为了提高系统的可靠性，采取了一些措施来防止IGBT因过流而损害。,46,IGBT的过流保护电路可分为两类：一类低倍数的（1.21.5倍）的过载保护，一类是高倍数（可达810倍）的短路保护。对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输出端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。这种过载电流保护电路，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。,47,IGBT能承受很短时间的短路电流，一般在10s左右。短路时，IGBT的导通压降VCE会上升，通常IGBT过流保护装置是通过检测IGBT,SCR导通时的管压降动作的，如图8-4所示。当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，增大到一定值时，IGBT驱动保护电路的比较器翻转，封锁IGBT驱动信号，同时送给CPU处理器故障信号，以达到保护作用。通常引起变频器驱动故障的原因有以下几种：,48,IGBT能承受很短时间的短路电流，一般在10s左右。短路时，IGBT的导通压降VCE会上升，通常IGBT过流保护装置是通过检测IGBT导通时的管压降动作的，如图8-4所示。,49,当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，增大到一定值时，IGBT驱动保护电路的比较器翻转，封锁IGBT,SCR驱动信号，同时送给CPU处理器故障信号，以达到保护作用。通常引起变频器驱动故障的原因有以下几种：变频器输出短路；功率单元内IGBT,SCR被击穿；驱动检测电路损坏；检测电路被干扰。,50,一般，变频器出现驱动故障以后，在高压未掉电的情况下，切不可轻易复位变频器后重新启动，这样容易造成变频器的二次损坏。正确的处理办法是根据监控界面的故障定位找到对应的模块，拆开检查IGBT,SCR是否损坏。判断的方法是：找到功率单元内部直流母线的正极V+及负极V-，将数字万用表的黑表笔接到V+上，红表笔分别接到U、V上，用二极管挡，应该显示0.4左右的数值，反向则应该显示无穷大；将红表笔接到V-上，重复以上步骤，应得到相同的结果，否则可判断IGBT已损坏需要更换。,51,在IGBT逆变模块损坏的情况下，驱动电路大都不可能完好无损，切不可换上好的快熔或者IGBT逆变模块，这样很容易造成刚换上的好器件再次损坏。这个时候应该着重检查一下驱动电路上是否有打火的印记，如果有则驱动板已经损坏，如果目测没有问题，则应该送回厂家检测，确认正常后可以使用。在现场，一般情况下，更换新的驱动板是比较稳妥的办法。,52,8.7 变压器故障 多绕组干式移相整流变压器是多级串联式高压变频器中重要的配套器件之一，它采用H级非包封干式变压器技术，其主体绝缘采用Nomex绝缘系统，在高温下，它的电气和机械性能都十分稳定，而且阻燃和防潮性能很好。变频器的每个功率单元各自通过多绕组移相整流变压器的一个二次绕组供电，这种多绕组隔离变压器的二次绕组互相存在一个相位差，实现了多重化，由此消除了各单元产生的谐波对电网的污染。,53,在实际运行中，一般能引起变压器故障的原因主要有以下几个方面：电引起的过电压、补偿电容或者前级高压开关在合闸或断开时形成的操作过电压引起变压器一次高压绕组对铁芯放电等；压器二次侧接线绝缘不好甚至短路；压器二次绕组引出线与接线螺栓之间松动；压器运行时温度过高。,54,根据上述变压器发生故障的原因分析，可用下面的方式处理变压器故障。1.在变压器输入侧增加吸收装置抑制过电压 对于变压器输入侧有冲击过电压，雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。同时可以考虑在高压绕组裸露部分（含接线柱）与铁芯间增加绝缘挡板消除接线柱与铁芯之间放电的可能。,55,2.合理分布二次绕组接线柱的位置及增加接线螺栓之间的距离 多绕组变压器二次侧按照变频器的输出电压等级3kV、6kV、10 kV，移相组数有12、15、21、24、27、30，形式各不相同，结构各有差异。随着移相组数的增多，二次侧接线螺栓也随之增多，因此外露的接线螺栓之间的距离及布线的合理性变得尤为重要。,56,3.加强二次绕组接线的强度 保证绕组引出线的焊接工艺，保证接线柱的接触强度，以增加牢靠性。4.降低变压器运行过程中的温升 不同功率等级的变频器在设计上都能保证在满载运行时变压器不会超温。由于多绕组变电器有极好的耐热性能，可在180下具有短时运行能力。现场运行中当出现变压器超温报警时，应检查变压器是否过载运行，环境温度是否过高，变压器的冷却风机运行是否异常，风格是否通畅，温度控制器功能是否完好，温度控制器过热报警参数设置是否合理，参数是否被非法复位或者修改等。,57,8.8 控制器故障 高压变频器主控制器的核心是由高速单片机或数字信号处理器（DSP）和人机界面、光纤通信接口组成的。人机界面使操作方便、可靠，工业标准接口可以实现远程监控和网络化控制。控制器一般还包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强系统的灵活性。变频器控制器故障主要是各种硬件与软件方面的故障。一般产生控制器故障的原因比较复杂且多样化，根据现场运行反馈主要表现在以下一些方面。,58,光纤通信电路异常，不能对功率单元进行有效监控，变频器可以自动检测此类异常；主控板、人机界面、PLC通信出现异常；现场给定信号或者变频器到用户操作台的指示信号丢失；现场信号夹杂干扰，影响变频器的正常工作；各种硬件的故障；软件的一些缺陷，厂家应能根据用户现场的变化、出现的一些特殊工况和问题，随时升级软件，保证变频器正常运行。,59,8.9 风机故障 一般情况下，当变频器满负荷工作时，其总损耗（转变为热量）约为系统额定功率的4%，比如1000kW变频器满负荷工作时，损耗约为40kW。如此大的热量要全部依靠变频器的散热风机排出，一旦风机出现故障，将会使变压器和功率器件的温度迅速升高，严重影响变频器的正常运行。,60,目前，散热风机逐渐呈现出体积小、长寿命、低噪声、低功耗、大风量、高防护的特点。一些国际知名的企业生产的风机，可靠性已经非常高了。高压变频器正常工作时，热源主要来自于隔离变压器、功率单元，因此散热风机应安装在变压器柜和功率柜，有时变压器底部还有变压器自带的小型散热风机。一般来说，变频器所配置的风机比较可靠，出现的故障比较少。以下列举一些常见的风机故障：,61,三相风机电源缺相，导致长时间过流运行；风机输入电源相序颠倒，风机反转；风机因灰尘过多卡住；风机开关损坏，启动电容、风量继电器及风管等附件损坏；风机机械故障。,62,在日常的维护和检测过程中经常检测风机的电源、风机的转向，清理风机内沉积的灰尘，特别是在环境比较恶劣（高温、高湿、煤矿、油田、水泥、煤炭等多粉尘行业，海上平台）的地方，采取相应的防尘、防潮、防盐雾措施，都会大大减少风机的故障率。,63,8.10 其他故障 在高压变频器中还有一些其他常见的故障，如过电流故障、过载故障、参数设置故障。,64,8.10.1 过电流故障 变频器中的过电流保护是指带有突变性质的、电流的瞬时值超过了过电流保护值（约额定电流峰值的200%），变频器显示过电流故障。由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过电流保护是至关重要的一环。变频器的过电流跳闸又分正常运行过程中的过电流跳闸和加、减速过程中的跳闸等情况。,65,8.10.1.1 正常运行过程中的过电流跳闸 正常运行过程中过电流跳闸可能的原因如下。1.变频器短路造成 由于变频器输出短路造成过电流跳闸，发生短路后会有如下特点：第一次跳闸有可能在运行过程中发生，如复位后再启动，则往往一升速就跳闸。具有很大的冲击电流，但大多数变频器已经能够进行保护跳闸而不会损坏。由于保护跳闸十分迅速，难以观察其电流的大小。,66,针对因短路而造成的过电流其具体处理方式如下：要仔细检查变频器内部和输出电缆、电动机的状态，看有无异常，最好能发现故障点。如果目测无法发现故障点，则应将变频器与电动机的连接线断开，用绝缘表检查电动机和电缆的绝缘是否正常，用盘车的方法检查电动机是否正常。如果电动机和电缆都正常，这时可以启动变频器空转，看看变频器的输出波形是否正常，根据变频器的状态更换相应的故障电路。,67,2.轻载过电流负载很轻，却又过电流跳闸，这是变频调速所特有的现象。在V/F控制模式下，存在着一个十分突出的问题，就是在运行过程中，电动机磁路系统的不稳定。其基本原因是低频运行时，为了能带动较重的负载，常常需要进行转矩补偿（即提高U/f比，也叫转矩提升），导致电动机磁路的饱和程度随负载的轻重而变化。这种由电动机磁路饱和引起的过电流跳闸，主要发现在低频、轻载的情况下。解决方法是反复调整U/f比。,68,3.重载过电流故障现象。有些生产机械在运行过程中负载发生突变，如负荷突然加重，甚至“卡住”，电动机的转速因带不动负载而大幅下降，电流急剧增加，过载保护电路来不及动作，导致过电流跳闸。,69,解决方法。首先，了解机械本身是否有故障，如果有故障，则修理机器。其次，如果这种过载属于生产过程中经常可能出现的现象，则可以考虑增大变频器的容量，或者选用带有矢量控制性能的变频器。这种变频器用快速的运算限制电动机的转矩输出，从而限制了输出电流。通俗的理解，就是变频器的输出频率永远跟随电动机的转速，让电动机不过电流。,70,8.10.1.2 加（减）速中的过电流 当负载的惯性较大，而加速时间或减速时间又设定得太短时，也会引起过电流。在升速过程中，变频器工作频率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大；在降速过程中，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这样同样可以使转子绕组切割磁力线的速度太快而产生过电流。这种原因引起的过电流故障，可采取的防治措施如下。,71,1.延长加（减）速时间 首先了解根据生产工艺要求是否允许延长升速或降速时间。如允许，则可延长加（减）速时间。2.准确预置加（减）速自处理（防失速）功能 变频器对于升、降速过程中的过电流，设置了自处理（防失速）功能。当加（减）电流超过预置的上限电流时，将暂停加（减）速，待电流降至设定值以下时，再继续加（减）速。,72,8.10.2 过载故障 电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，称为过载。过载的基本特征是电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不会形成较大的冲击电流。输出电流超过反时限特性过载电流保护值，保护电路即动作。,73,1.过载的原因 过载的原因主要有以下三种。机械负荷过重。负荷过重的主要特征是电动机发热。监控界面上的运行电流超过额定电流。主要原因是变频器负载太大，加（减）速时间设定太短；运行周期时间设置不合理；U/f特性的电压太高；变频器功率太小。三相电压不平衡，引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸。其特点是电动机发热，从显示屏上读取运行电流值时不一定能发现（因显示屏只显示一相电流，或输出三相电流的平均值）。,74,误动作。变频器内部的电流检测部分发生故障，检测出的电流信号偏大，导致跳闸。2.过载后的检查方法 检查电动机是否发热。如果电动机的温升不高，则首先应检查负载的大小，加（减）速时间、运行周期时间设置是否合理，检查变频器的过载保护功能预置得是否合理。如变频器尚有余量，则应放宽过载保护功能的预置值；如变频器的允许电流已经没有余量，不能再放宽，且根据生产工艺，所出现的过载属于正常过载，则说明变频器的选择不当，应加大变频器的容量，更换变频器。,75,这是因为，电动机在拖动变动负载或断续负载时，只要温升不超过额定值，是允许短时间（几分钟，甚或几十分钟）过载的，而变频器则不允许。如果电动机的温升过高，而所出现的过载又属于正常过载，则说明是电动机的负荷过重。这时，首先应考虑能否适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比；如果传动比无法加大，则应加大电动机的容量。,76,检查电动机侧三相电压是否平衡。若电动机侧的三相电压不平衡，则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡，如不平衡，问题在变频器内部，应检查变频器的功率单元；如变频器输出端的电压平衡，则问题出现在从变频器到电动机之间的线路上，应检查所有接线端的螺钉是否都已紧固，如果在变频器到电动机之间有接触器或其他电气设备，则还应检查有关电气设备的接线端是否都已紧固，以及触点的接触状况是否良好等。,77,如果电动机侧三相电压平衡，则应了解跳闸时的工作频率；如工作频率较低，又未用矢量控制（或无矢量控制），则首先降低U/f比，如降低后仍能带动负载，则说明原来预置的U/f比过高，励磁电流的峰值偏大，可通过降低U/f比来减小电流；如果降低后带不动负载了，则应考虑加大变频器的容量；如果变频器具有矢量控制功能，则应采用矢量控制方式。,78,检查是否误动作。经过以上两项检查，均未找到原因时，应检查是不是误动作，判断的方法是在轻载或空载的情况下，用电流表测量变频器的输出电流，将测量值与显示屏上显示的运行电流值进行比较，如果显示屏显示的电流读数比实际测量的电流大很多，则说明变频器内部的电流测量部分误差较大，“过载”跳闸有可能是误动作。,79,8.10.3 参数设置不正确的故障 高压变频器在使用中，是否能满足传动系统的要求，其参数的设置也非常重要，如果参数设置不正确，会导致高压变频器不能正常工作。1.参数设置 高压变频器一般在出厂时，厂家会对每一个参数都设一个默认值，这些参数叫做工厂值。在这些参数值下，用户能进行基本的操作运行，但基本的操作并不能满足大多数传动系统的要求。所以，用户在正确使用高压变频器之前，要对变频器设置参数，可从以下几个方面进行。,80,确认电动机参数。高压变频器电动机参数包括功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电动机铭牌中直接得到。高压变频器采取的控制方式，即速度控制、转矩控制、PID控制或其他方式。设定控制方式后，一般要根据控制精度，进行静态或动态辨识。设定变频器的运行控制方式。一般变频器在出厂时设定从监控界面启动，用户可以根据实际情况选择运行控制方式，可以选用监控界面、上位机、远程给定等几种运行控制方式。,81,给定信号的选择。一般高压变频器的速度给定也可以有多种方式：界面给定、上位机给定、模拟量（外部电压或电流给定）、现场总线通信给定等。当然，对于变频器的速度给定也可以是这几种方式的一种或几种。,82,2.参数设置类故障的处理 一旦发生了参数设置的错误，变频器可能不能正常运行。发生故障时，应该根据产品说明书详细检查参数的设置情况。如果还是发现不了问题，最好是能够把所有参数恢复出厂值，然后重新设置。,83,第9章 高压变频器的日常检查及维护,84,随着人们对高压电频器的逐步了解以及对节能降耗要求的日益提高，高压变频器的应用越来越广泛。高压变频器一般用于驱动大功率的电动机，电动机的负载均为现场工艺中的关键设备，如果因为高压变频器的原因导致电动机的停转，将会造成巨大的损失。因此，如果保证高压变频器的长期稳定运行，成为用户和厂家普遍关心的一个问题。而高压变频器的可靠性除了与自身的制造、设计工艺有很大关系外，现场的维护和管理也是决定设备长期稳定运行的重要因素。为了达到合理有效地充分利用现有条件，保证设备的稳定运行的目的，人们对维护和管理均提出了更高的要求。,85,9.1 高压变频器稳定运行对环境方面 的要求 高压变频器运行环境的要求主要包括电气环境、温度、湿度、防尘、防止异物（小动物）进入等方面。9.1.1 电气环境要求 电气环境的要求主要是指防静电要求和防电磁干扰、接地等。,86,1.防静电要求 高压变频器内部电路采用大量的半导体MOS器件，这类器件对静电的敏感范围为251000V，而静电产生的静电电压往往高达数千伏甚至上万伏，足以击穿各种类型的半导体器件。尤其是由于IGBT是功率MOSFET和PNP双极晶体管的复合体，特别是其栅极为MOS结构，对于静电压是十分敏感的：印制电路板上有许多元器件对静电也很敏感，接触或维护这些元器件必须遵从相关静电放电的说明。,87,对变频器现场进行更换或测量作业时必须注意以下事项。接触变频器印制电路板或更换功率器件时，必须正确戴好接地防静电手环，该手环必须通过1M电阻接地。在需要用手接触IGBT前，应先将人体上的静电放电后再进行操作，并尽量不要接触模块的驱动端子部分，必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉。需要进行IGBT驱动线的焊接作业时，为了防止静电可能损坏IGBT，需要使用带接地端的电烙铁。,88,静电可通过接触接地的导电体如金属片加以消除。静电敏感器件在运输时必须使用防静电袋存放。手持印制电路板时，总是握住边缘部分。不要使印制电路板在任何表面（桌面或工作台面）上滑动。如可能，在具有导电表面（通过1M电阻接地）的工作台上进行印制电路板的维护工作。如没有合适的导电工作台，可用干净的钢板或铝板代替。避免使用塑料、苯乙烯等非导电材料。因为它们均能产生大量的静电而且不容易消除。,89,2.防电磁