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(qū)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(qū)動板不一樣，所以了解變頻器的結(jié)構(gòu)、主要器件的電氣特性和常用參數(shù)的作用及常見故障排除，對于實際工作越來越重要?，F(xiàn)根據(jù)筆者隨機調(diào)試及維修保養(yǎng)時的經(jīng)驗進行介紹，為該類設備的運行提供參考。

2 安川變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)及其工作原理

根據(jù)n=120f/p（其中n=電機轉(zhuǎn)速、f=電機定子側(cè)供電頻率、p=電機極對數(shù)）可知，在異步電動機的極對數(shù)不變情況下，只要改變電源頻率f，就可以實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)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(diào)）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(jīng)過整流變成直流電UDC。

（2） 充電抑制電阻R1：據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(guān)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(lián)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(diào)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(zhuǎn)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(qū)動板：為驅(qū)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(guān)斷，如果IGBT損壞了，一般說連帶的驅(qū)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(nèi)部PG卡，把速度傳給運算回路，使電動機按給定指令運轉(zhuǎn)。

（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(nèi)部參數(shù)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(shù)值及發(fā)生的故障代碼，現(xiàn)根據(jù)我們的經(jīng)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(cè)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(zhuǎn),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(zhuǎn)。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(shù)是否太大；

③ 負載外部是否短路、是否過重。比如小車機構(gòu)有兩臺電機拖動，其中一臺壞了，另一臺就可能出現(xiàn)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(cè)的電流負感器和直流檢測點，復位后運行，還出現(xiàn)過流，很可能是主控板或觸發(fā)板出現(xiàn)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(tǒng)過載，也就是鋼結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)而產(chǎn)生，所以說對于已經(jīng)投入運行的變頻器出現(xiàn)的故障，就必須檢查負載的狀況；對于新安裝的變頻器出現(xiàn)這種故障，很可能是V/F曲線設置不當或電機參數(shù)設置有問題。比如一臺新安裝的變頻器，其驅(qū)動的是一臺額定參數(shù)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(xiàn)磁飽和使電機轉(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)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(zhuǎn)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(cè)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(xiàn)欠壓故障。另外還有其它可能：

① 能量回饋裝置異常；

② 驅(qū)動板檢測異常；

③ 若實際欠壓，可用參數(shù)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(qū)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(zhuǎn)化為電能，并被變頻器直流側(cè)的平波電容吸收，當這種能量足夠大時，就會產(chǎn)生所謂的“泵升現(xiàn)象”，變頻器直流側(cè)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(zhuǎn)或停止快速減速方法，防止過電壓，此時應將減速時間參數(shù)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(wǎng)側(cè)容量不夠，即高壓側(cè)變壓器容量不夠，容易產(chǎn)生系統(tǒng)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(gòu)變頻器運行正常，就是電機無法達到高速運行，經(jīng)檢查INVERT無故障，參數(shù)設置正確，調(diào)速輸入信號正常，經(jīng)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(cè)，發(fā)現(xiàn)缺一相，故障原因是輸入側(cè)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(shù),調(diào)壓調(diào)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(zhuǎn)矩低，頻率上不去，就無法高速運行。

4 結(jié)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(qū)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(chǎn)過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)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。