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集装箱装卸起重机用安川变频器常见故障分析与处理

岸桥 小编 1657次浏览 0个评论 扫描二维码

引言

  福州青州港区新购进的1台桥式起重机(以下简称QC)与6台轮胎式龙门起重机(以下简称RTG),都是使用安川变频器驱动。虽然型号各异,(有6R6CR5、616G5、616H5等),但其主回路都一样,只是控制板与驱动板不一样,所以了解变频器的结构、主要器件的电气特性和常用参数的作用及常见故障排除,对于实际工作越来越重要。现根据笔者随机调试及维修保养时的经验进行介绍,为该类设备的运行提供参考。

  2 安川变频调速结构及其工作原理
  根据n=120f/p(其中n=电机转速、f=电机定子侧供电频率、p=电机极对数)可知,在异步电动机的极对数不变情况下,只要改变电源频率f,就可以实现对异步电动机的调速。在集装箱装卸起重机上,给异步电动机供电(电压、频率可调)的主回路中包含有安川变频器,该变频器工作形式为交-直-交,而给变频器提供各种控制信号的回路称为控制回路,如图1所示,其包括以下几个部分:
  (1) 整流桥:使三相交流电UAC经过整流变成直流电UDC。
  (2) 充电抑制电阻R1:据公式i=(UAC-UDC)/r可知,因r为整流桥等值电阻很小,因此充电电流I变成很大。为了防止电解电容被击穿,必须加装充电抑制电阻R1与旁路接触器MC,由此起限流作用。
  (3) 旁路接触器MC:当电容充电达到80%时,MC闭合,将R1旁路,所以说该元件必须定期保养。
  (4) 滤波电容C:具有储能功能,寿命可达5~8年,当电网电压跌落30%时,可以维持电容两端电压UC达到10s供变频器工作;当电网电压跌落50%时,可以维持电容两端电压UC达到2s供变频器工作。
  (5) 充电指示灯:当充电电压达到27V以上,该指示灯会亮,所以在切断变频器电源后,还应等该指示灯完全熄灭时,才可以维修变频器内部元件,以免触电。
  (6) 逆变回路(桥)主器件(IGBT):全称为大功率双极性绝缘栅场效应馆,包括栅极、源极、漏极,其特点为电压控制器件,门极触发功率低、开关频率高、特性抑制性好,即通态压降、断开漏电流都很小,寿命可达20年。
  (7) IGBT的两端并联一个阻容吸收回路,可以抑制高频谐波,因为电动机是感性负载,di/dt不允许变化很快。
  (8) 电流互感器CT采集主电路电流,作为电流调节器ACR使用,当发生过载等异常时,为了防止异步电动机和逆变器损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
  (9) 主控板:为32位微处理器,将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。
  (10) 驱动板:为驱动逆变器主器件IGBT的电路,其与控制电路隔离,控制IGBT的导通、关断,如果IGBT损坏了,一般说连带的驱动板也会损坏。
  (11) 速度检测器PG:为脉冲编码器,装在异步电动机输出轴上,采集速度信号,连接到变频器内部PG卡,把速度传给运算回路,使电动机按给定指令运转。
  (12) I/F通讯板:专为输入输出信号与变频器更好地人机交换,包括各种内部参数的输入。
  3 安川变频器常见故障分析与处理
  安川变频器在电气柜门上安装有手操作器,会显示各种参数值及发生的故障代码,现根据我们的经验分析如下:
  (1) 变器显示OC即过流,其具有瞬间记忆功能,人为不可设定,主要用于逆变器负载侧短路等,流过逆变器器件的电流达到额定电流2.7~3倍时,瞬时停止逆变器运转,并切断电源;变流器的输出电流达到异常值,也将同样停止逆变器运转。具体处理可按以下逐项检查:
  ① 加速时间是否太短;
  ② 力矩提升参数是否太大;
  ③ 负载外部是否短路、是否过重。比如小车机构有两台电机拖动,其中一台坏了,另一台就可能出现过流;
  ④ PG检测回路是否异常,包括PG卡及脉冲编码器;
  ⑤ 电流互感器是否异常;
  ⑥ 主功率器件IGBT是否异常;
  ⑦ 如果以上都没问题,可以断开输出侧的电流负感器和直流检测点,复位后运行,还出现过流,很可能是主控板或触发板出现故障。
  (2) 变频器显示OL即过载,主要用于逆变器输出电流超过额定值,且持续流通超过规定的时间,为了防止逆变器器件、电线等损坏,要停止变频器工作。具体分以下三种:
  ① 电流超过额定电流150%且持续60s,就报OL1故障,说明电机过载;
  ② 电流超过额定电流180%且持续10s,就报OL2故障,说明变频器过载;
  ③ 电流超过额定电流200%且持续5s,就报OL3故障,说明系统过载,也就是钢结构力矩保护。
  不管哪一种过载,都是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生,所以说对于已经投入运行的变频器出现的故障,就必须检查负载的状况;对于新安装的变频器出现这种故障,很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。比如一台新安装的变频器,其驱动的是一台额定参数是220V/50Hz的变频电机,而变频器出厂时设置为380V/50Hz,导致电机运行一段时间后出现磁饱和使电机转速降低、发热而过载。
  (3) 变频器显示GF即负载对地短路,其具有瞬态功能,也就是三相相电流偏差大于50%额定电流。具体原因有以下几种:
  ① 电机绝缘不好或三相相间不平衡;
  ② 变频器异常,主要为控制回路部分。
  (4) 变频器显示OH即变频器过热,可分为OH1与OH2。原因分析如下:
  ① 变频器柜内部两套风机是否异常;
  ② 环境温度过高否;
  ③ 频繁过载否;
  ④ 热敏检测器件是否粉尘过多等异常现象。
  (5) 变频器显示OS即超速,分硬件与软件超速,设定值分别为额定转速的115%与110%,此时应检查PG反馈正常否。
  (6) 变频器显示UV即欠压,也就是说检测出直流母线电压故障。一般设计者在设计变频器的启动电路时,为了减少变频器的体积而选择小限流电阻R1,其阻值在10~50Ω、功率为10~50W。当变频器的交流侧输入电源频繁接通或者旁路接触器MC的触点接触不良,都会导致限流电阻R1烧坏而出现欠压故障。另外还有其它可能:
  ① 能量回馈装置异常;
  ② 驱动板检测异常;
  ③ 若实际欠压,可用参数U1-07中DC BUS来监测。
  (7) 变频器显示OV即过压,也就是直流母线DC BUS电压超过容许值,具体原因分析如下:
  如果变频器驱动大惯性负载,尤其重载下放,逆变器使电机快速减速时,即再生制动过程中,变频器的输出频率按线性下降,而负载电机的频率高于变频器的输出频率,负载电机变频器处于发电状态,机械能转化为电能,并被变频器直流侧的平波电容吸收,当这种能量足够大时,就会产生所谓的“泵升现象”,变频器直流侧会超过直流母线的最大电压而跳闸。
  其处理方法:可以采取停止变频器运转或停止快速减速方法,防止过电压,此时应将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加家制动单元。当然在QC中,还应检查能量回馈单元(CONVERTER);也有可能网侧容量不够,即高压侧变压器容量不够,容易产生系统谐振。
  (8) 变频器显示PGO即速度检测开路,应检查脉冲编码器及PG卡。
  (9) 变频器无故障显示,但不能高速运行。我公司曾有一台RTG大车机构变频器运行正常,就是电机无法达到高速运行,经检查INVERT无故障,参数设置正确,调速输入信号正常,经上电运行测试,INVERT直流母线电压只有450V左右(正常值为580~600V),再测输入侧,发现缺一相,故障原因是输入侧一相接触不良造成。造成输入缺相不报警仍然在低频段工作,是因为该变频器母线电压下限是400V,当母线电压降至400V以下时,变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时,直流母线电压为380V×1.2=452V,大于400V,在变频器不运行时,由于平波电容的作用,直流电压也可达到正常值,所以变频器不会报故障。而变频器采用PWM控制技术,调压调频的工作在逆变桥完成,因此在低频段输入缺相仍可以正常工作,但因输入电压、输出电压低,造成电机转矩低,频率上不去,就无法高速运行。
  4 结束语
  采用安川变频器作为集装箱装卸起重机上异步电机驱动器,尽管其可靠性高,但如果使用不当或偶发事件,也会造成变频器损坏。要想在生产过程中,使用好变频器,熟悉变频器的结构原理,了解常见故障及其分析方法,对从事设备人员尤为重要。

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