矿用变频器原理及常见故障处理.ppt

上海华欣电气晋乐1.目 录1.矿用防爆变频器的主要组成2.变频器结构及其组成部分 2.1 变频器结构 2.2 变频器的组成部分3.变频器自身的保护功能 3.1变频器自身的保护功能分类 3.2分类详细介绍4.主回路常见故障现象、原因和处理方法 4.1变频器基本控制回路介绍 4.2变频器基本控制回路常见故障示例及分析 4.3变频器主要电路故障分析和处理 5.主要电路故障分析和处理 5.1 主要电路介绍 5.2 主回路常见故障、原因及处理方法2.Con.Con.1 矿用防爆变频器的主要组成散热部分主回路防爆部分矿用防暴变频器防爆外壳散热片、热管等变频器PLC、继电器等散热部分 外围控制部分3.Con.Con.2.1 变频器结构4.Con.Con.2.2 变频器的主要组成部分5.Con.Con.2.2 变频器的主要组成部分它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：开关电 源、输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：利用信号来开关逆变器的半导体器件；提供操作变频器的各种控制信号；监视变频器的工作状态，提供保护功能。控制电路将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。逆变器中间电路，有以下三种作用：使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变 器使用。通过开关电源为各个控制线路供电。可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。中间电路它与它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。整流器有两种基本类型：可控的和不可控的整流器6.Con.Con.3.1变频器自身的保护功能分类（1）逆变器保护（3）其他保护（2）异步电动机的保护逆变器控制电路中的保护电路，可分为三种7.Con.Con.3.2.1 逆变器保护 逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定时间，为防止逆变器器件、电线等损坏，要停止运转，恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热保护，过载是由于负载的GD2（惯性）过大或因负载过大使电动机堵转而产生。1.瞬时过电流保护2.过载保护4.瞬时电压保护3.再生过电压保护5.接地过电流保护应用逆变器使电动机快速减速时，由于再生功率使直流电路电压升高，有时超过容许值，可以采取停止逆变器运转或停止快速的方法，防止过电压。对于毫秒级内的瞬时断电，控制电路工作正常。但瞬时停电如果达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不供电，所以检测出后使逆变器停止运转。逆变器负载接地时，为了保护逆变器，要有接地过电流保护功能。但为了保证人身安全，需要装设漏电保护断路器。用用于逆变电流负载侧短路等，流过逆变电器回件的电流达到异常值（超过容许值）时，瞬时停止逆变器运转，切断电流，变流器的输出电流达到异常值也得同样停止逆变器运转。逆变器保护适用情况6.冷却风机异常有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检测出异常后停止逆变电器工作。8.Con.Con.3.2.2 异步电动机的保护 逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运转。1.过载保护2.超速保护过过载检测装置与逆变器保护共用，但考虑低速运转的过热时，在异步电动机内埋入温度检出器，或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作过频时，应考虑减轻电动机负荷，增加电动机及逆变器的容量等。异步电动机的保护适用情况9.Con.Con.3.2.3 其他保护减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为防止再生过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转（失速）。1.防止失速过电流2.防止失速再生过电压加速时，如果异步电动机跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行（失速）。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。对于恒速运转中的过电流，有时也进行同样的控制。其他保护适用情况10.Con.Con.4.变频器控制回路的抗干扰措施由于变频器主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源其周边控制回路却是小能量，弱信号回路极易遭受其他装置产生的干扰造成变频器自身和周边设备无法正常工作，因此变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。11.（2）干扰的基本类型及抗干扰措施 静电耦合干扰，指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合在电缆中产生的电势。当加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就会不太明显，也可在两电缆间设置屏敝导体，再将屏蔽导体接地。静电感应干扰，指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。其强度取决于干扰源电缆产生的磁通大小、控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度。可将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离铺设。分离距离通常应在30cm以上（最少不低于10cm）。分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设，也可将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。电波干扰，指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。抗干扰措施同，必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱务必接地。接触不良干扰，指变频器控制电缆的电接点及继电器触点接触不良，电阻发生变化在电缆中产生的干扰，对此，采用并联触点或提高电器件等级来解决。对于电缆连接点应定期做拧紧加固处理。电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：变频器的控制电源由另外系统供电，在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。接地干扰：指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发的各种意想不到的干扰，比如设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。措施：速度给定的控制电缆取 1点接地，接地线不作为信号的通路使用。电缆的接地在变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用，并尽量减少接地端子引接点的电阻，一般不大于100d。12.Con.Con.4.1 变频器基本控制回路介绍变频器的基本控制回路 一般而言，同外部进行信号交流的基本回路分为420MA电流信号回路（模拟）；010V/05V电压信号回路（模拟）。开关信号回路，变频器的开停指令，正反转指令等（数字）模拟数字外部控制，指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生干扰电势，以控制电缆为媒介侵入变频器。13.Con.Con.4.2 变频器基本控制回路常见故障示例及分析1变频器无故障显示，但不能高速运行 我厂一台变频器状态正常，但调不到高速运行，经检查，变频器并无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，上电运行时测试出现变频器直流母线电压只有 450V左右，正常值为580600V，再测输入侧，发现缺了一相。故障示例故障原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的，为什么变频器输入缺相不报警仍能在低频段工作呢?实际上变频器缺一相输入时，是可以工作的，多数变频器的母线电压下限为400V，即是当直流母线电压降至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380*1.2452V400V当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可达到正常值，新型的变频器都是采用PWM控制技术，调压调频的工作在逆变桥完成，所以在低频段输入缺相仍可以正常工作，但因为输入电压低输出电压低，造成异步电机转矩低，频率上不去。原因分析及解决方案1 114.Con.Con.4.2 变频器基本控制回路常见故障示例及分析2变频器显示过流故障示例出现这种故障显示时，首先检查加速时间参数是否太短，力矩提升参数是否太大，然后检查负载是否太重。如果无这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象，如果出现的话，很可能是 1PM模块出现故障，因为1PM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能，而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的，微控器接收到故障信息后，一方面封锁脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上，一般更换1PM模块。原因分析及解决方案2 215.Con.Con.4.2 变频器基本控制回路常见故障示例及分析3变频器显示过压故障故障示例变频器出现过压故障，一般是雷雨天气，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源 1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，因为这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，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”，变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸，对于这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。原因分析及解决方案3 316.Con.Con.4.2 变频器基本控制回路常见故障示例及分析4电机发热，变频器显示过载故障示例对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器如果出现这种故障，很可能是 V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题，如一台新装变频器，其驱动的是一台变频电机，电机额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，发热而过载。所以在新变频器使用以前，必须设置好该参数，另外使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机热过载，还有一种情形是设置的变频器载波率过高时，也会导致电机发热过载，最后一种情形是电气设计者设计变频器常常在低频段工作，而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题，致使电机工作一段时间后发热过载，对于这种，需加装散热装置。原因分析及解决方案4 417.一、主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测电路的传感器部分组成。1、整流电路。整流电路实际上就是一块整流模块。它的作用是把三相（或单相）50Hz、380V（220V）的交流电源，通过整流模块的桥式整流成脉动直流电。整流电路（整流模块）的故障：整流模块中的整流二极管一个或多个损坏而开路，导致主回路PN电压值下降或无电压值。整流模块中的整流二极管一个或多个损坏而短路，导致变频器输入电源短路，供电电源跳闸，变频器无法接上电源。Con.Con.4.3 变频器主要电路故障分析和处理18.二、限流电路限流电路是限流电阻和继电器触点（或可控硅）相并联的电路。变频器开机瞬间会有一个很大的充电电流，为了保护整流模块，充电电路中串联限流电阻以限制充电电流值。随着充电时间的增长，它的充电电流减少。减少到一定数值，继电器动作触点闭和，短接限流电阻。正常运行时，主回路电流流经继电器触点。限流电路故障：继电器触点氧化，接触不良。导致变频器工作时，主回路电流，部分或全部流经限流电阻，限流电阻被烧毁。继电器触点烧毁，不能恢复常开态。导致开机时，限流电阻不起作用，过大的充电电流损坏整流模块。继电器线包损坏不能工作，导致变频器工作时，主回路电流全部流经限流电阻，限流电阻被烧毁。限流电阻烧毁，、原因所致，再就是限流电阻老化损坏。变频器接通电源，主回路无直流电压输出。因此，也就无低压直流供电。操作盘无显示，高压指示灯不亮。一些变频器限流电路中，不用继电器，而用可控硅等开关器件。可控硅等开关器件损坏后开路、短路和可控硅无触发信号三种情况，其故障类似继电器。19.三、滤波电路滤波电路是将整流电路输出的脉动直流电压，成为波动较小的直流电压。通常变频器为电压型。由滤波电解电容对整流电路的输出进行平滑。对于380V电源的变频器，是两个电解电容串联后再并联。匀压电阻Rp、Rn是为了使直流电压平分加到每个电容上。滤波电路故障滤波电容老化。其容量低于额定值的85%，致使变频器运行时，输出电压低于正常值。滤波电容损坏成开路，导致变频器运行时输出电压低于正常值。损坏成短路，会导致另一只滤波损坏。进而可能损坏限流电路中的继电器、限流电阻、损坏整流模块。匀压电阻损坏。匀压电阻损坏后，会由于两个电容受压不均而逐个因超压被损坏。20.四、制动电路制动电路工作时，可以使变频器在减速过程中，增加电动机的制动转矩。同时吸收制动过程中产生的泵升电压，使主回路的直流电压不至于过高。制动电路的故障：制动控制管G损坏。G损坏成开路，失去制动功能；G损坏成短路，制动电路始终处于工作状态，制动电阻Rb会损坏。同时增加整流模块的负荷，整流模块易老化，甚至损坏。21.五、逆变电路逆变电路的基本作用是在驱动信号的控制下，将直流电源转换成频率和电压可以任意调节的交流电源。即变频器的输出电源。它有六个开关器件（如GTR、IGBT），组成三相桥式逆变电路。这些开关器件都是作成模块形式，通常有同一桥臂上、下两个开关器件组成一个模块，有六个开关器件组成一个模块。逆变电路故障六个开关器件中的一个或一个以上损坏，造成输出电压抖动、断相或无输出现象。同一桥臂上下两个开关器同时损坏短路（主回路短路）。造成限流电路的继电器或可控硅、整流模块损坏。损坏原因是负载电流过大，主回路直流电压过高，而过流保护和过压保护又未起到保护作用；驱动信号不正常，出现同一桥臂上下两个开关器件同时导通，逆变模块老化等等。同时，已有许多小功率变频器采用集成功率模块或智能功率模块。智能功率模块内部高度集成了整流模块、限流电路中的可控硅、逆变模块、驱动电路、保护电路及各种传感器。它的优点是：使变频器外围电路减少，只有一块功率模块，安装方便、体积减小。缺点是智能模块中只要其中的一个部件损坏，整个模块就要更换。导致修理费用增加或无修理价值。22.Con.Con.5.2 主回路常见故障、原因及处理方法1变频器无显示，PN之间无直流电压、高压指示灯不亮。故障现象主回路无输出直流电压的原因由限流电阻损坏开路造成，使滤波电路无脉动直流电压输入。主回路无直流电压输出的第二个原因，是整流模块损坏，整流电路无脉动直流电压输出所致。这时不能简单地更换整流模块。还必须进一步查找整流模块损坏的原因。整流模块的损坏可能是：自身老化自然损坏；主回路有短路现象损坏整流模块。原因分析判断方法：首先换下整流模块，用万用表检测主回路，若主回路无短路现象，说明整流模块是自然损坏，更换新元件即可。若主回路有短路现象，又要检测出是哪一个元件引起短路的，可能是制动电路中的Rb和G均短路；滤波电容短路；逆变模块短路等。通过检测具体落实主回路短路的原因。同时还要查找出造成这些元件短路的原因。一句话，要把最后故障源找出，并处理好，才能更换新元件。限流电阻损坏开路，整流电路的脉动直流电压无法送到滤波电路，使主回路无直流电压输出。检查限流电路中的继电器或可控硅是否损坏，处理之。更换限流电阻。逆变模块中，至少有一个桥臂上下两个开关器件短路，造成主回路短路而烧毁整流模块。用户检查电动机是否损坏，电动机是否有过载或堵转现象，处理之。检查驱动信号是否正常，处理之。更换逆变模块和整流模块。制动电路中控制元件损坏短路和制动电阻短路，造成主回路短路而烧毁整流模块。检查制动控制信号是否正常，处理之。更换制动控制元件，制动电阻和整流模块。滤波电容损坏短路，造成主回路短路而烧毁整流模块。检查匀压电阻是否正常，处理之。更换滤波电容和整流模块。整流模块老化损坏。措施：更换整流模块。解决方法123.Con.Con.5.2 主回路常见故障、原因及处理方法2变频器输出电压偏低故障现象输出电压偏低是因为主回路直流电压低于正常值造成。另外还有逆变模块老化，驱动信号幅值较低造成。原因分析首先，用万用表测量直流高压值，确定二个原因中的那一个原因。整流模块有一个以上整流二极管损坏，整流电路缺相整流，输出的脉动直流电压低于正常值，使主回路直流电压低于正常值，造成变频器输出电压偏低。措施：更换整流模块。滤波电容老化，容量下降。在带动电动机运行过程中，充放电量不足，造成变频器输出电压偏低。措施：更换滤波电容。逆变模块老化。开关元件在导通状态时，有较高的电压降，造成变频器输出电压偏低。措施：更换逆变模块。驱动信号幅值偏低，使逆变模块工作在放大状态，而不是在开关状态。造成变频器输出电压偏低。措施：检查驱动电路，并处理之。解决方法224.Con.Con.5.2 主回路常见故障、原因及处理方法3变频器输出电压缺相（电动机出现缺相运行现象）故障现象变频器输出电压缺相，是由于逆变电路中，有一个桥臂不工作所致。逆变模块中有一个桥臂损坏，更换逆变模块。驱动电路有一组无输出信号，使逆变电路有一个桥臂不工作。原因分析措施：检查处理损坏的一组驱动电路。解决方法325.Con.Con.5.2 主回路常见故障、原因及处理方法4变频器输出电压波动（电动机抖动运行）故障现象变频器的输出电压值忽大忽小地波动，被驱动的电动机抖动，是由于变频器逆变电路的六个开关元件中，一个或不在同一桥臂的一个以上的开关件不工作造成的。有一个或不在同一桥臂上的一个以上的开关元件损坏开路。要更换逆变模块。有一个或不在同一桥臂上的一个以上的驱动信号不正常，导致相应的开关元件不工作。原因分析措施：检查驱动电路，并处理之。解决方法426.Con.Con.5.2 主回路常见故障、原因及处理方法5变频器接上电源，供电电源跳闸，或烧熔断丝。故障现象这是由于变频器的整流模块损坏短路所致。原因分析分析和处理方法同前故障解决方法527.