ABB ACS510系列变频器常见故障分析.doc

ABB ACS510系列变频器常见故障分析？？

提问者:唐喜锐
2013-10-26

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一、变频器的常见报警分析
1.1变频器充电起动电路报警
ACS510系列变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式。当变频器刚上电时，由于直流侧的平波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个起动电阻来限制充电电流。充电完成后，控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路。起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏，ACS510系列变频器报警显示为OVERVOLTAGE过电压报警。为了减小变频器的体积而选择较小起动电阻，其值多为10—50Ω，功率为10—50W；当变频器的交流输入电源频繁接通，或者旁路的触点接触不良时，都会导致起动电阻烧坏。因此在替换电阻的同时，必须找出原因，如果故障是由输入侧电源频率开始引起的，必须消除这种现象才能将变频器投入使用，如果故障只由旁路接触器元件引起，则必须更换这些器件。 
1.2变频器无故障报警，却不能高速运行
经检查ACS510系列变频器参数设置正确，调速输入信号正常，经上电运行测试，变频器直流母线电压只有450V左右（正常应在580V-600V），再测输入侧，发现缺了一相。故障原因是输入侧的一个空气开关一相接触不良造成的。造成变频器输入缺相不报警，仍能在低频段工作，是因为多数变频器的母线电压下限为400V，只有当母线电压降至400V以下时，变频器才报告故障。而`当两相输入时，直流母线电压为380V×1.2=452V＞400V。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时仍可以正常工作，但因输入电压，输出电压低，造成异步电动机转速低频率上不去。
1.3变频器显示过流报警
ACS510系列变频器出现OVERCURRENT过流报警显示时，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。如果没有这些现象，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。如果是，很可能是IPM模块出现故障，因为IPM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引脚传送到控制器的。在控制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。应更换IPM模块。
1.4变频器显示过压报警
ACS510系列变频器出现过压故障，显示为OVERVOLTAGE过压报警，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，这种情形，通常只需断开变频器电源1分钟左右再上电即可，另一种情况是变频器驱动大惯性负载，而出现过电压现象。这种情况下，一是将减速时间参数加长或增大制动电阻（制动单元）；二是将变频器的停止方式设置为自由停车方式。 
1.5电机发热，变频器显示过载报警
如果ACS510系列变频器出现MOT OVERTEMP电机过热报警，对于已经投入运行的变频器，必须检查负载状况，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，此时必须正确设置好各种参数，另外，电机在低频的工作时散热性能变差，也会出现这种情况，这时就需加装散热装置。电机发热，主要是基于变频器估算值或温度反馈值。这种报警信息表明电机过载故障，跳闸即将发生，应该对电机的过载情况以及温度传感器进行检查。
二、 变频器控制盘上显示的故障诊断分析
2.1控制盘上显示DC UNDERVOLT(直流欠压) 故障的诊断
ACS510系列变频器出现DC UNDERVOLT故障代码时，表示变频器处于欠压故障状态。主要原因有输入电源过低或缺相、变频器内部电压检测电路异常、变频器主电路异常。通用变频器电压输入范围在320V~460V，在实际应用中变频器满载运行时，当输入电压低于340V时可能会出现欠压保护，这时应提高电网输入电压或变频器降额使用；若输入电压正常，变频器在运行中出现DC UNDERVOLT故障，则可判断为变频器内部故障；若变频器主回路正常，出现DC UNDERVOLT报警的原因大多为电压检测电路故障，一般变频器的电压检测电路为开关电源的一组输出，经过取样、比较电路后给CPU处理器，当超过设定值时，CPU根据比较信号输出故障封锁信号，封锁IGBT，同时显示故障代码。同时，也要对外回路进行检查，比如供电电源缺相、熔断器熔断、主电源欠压等。
2.2控制盘上显示DC OVERVOLT/OVERCURRENT(直流过压/过流)故障的诊断
ACS510系列变频器出现DC UNDERVOLT/OVERCURRENT故障显示时，表示变频器在减速中出现过压或过流故障，主要原因为电机过载、减速时间过短、负载回馈能量过大未能及时被释放。若电机驱动惯性较大的负载时，当变频器频率（即电机的同步转速）下降时电机的实际转速可能大于同步转速，这时电机处于发电状态，此部分能量将通过变频器的逆变电路返回到直流回路，从而使变频器出现过压或过流保护。现场处理时在不影响生产工艺的情况下可延长变频器的减速时间，若负载惯性较大，又要求在一定时间内停机时，则要加装外部制动电阻和制动单元，ACS510系列变频器22kW以下的机型均内置制动单元，只需加外部制动电阻即可，电阻选配可根据产品说明中标准选用，对于功率22kW以上的机型则要求外加制动单元和制动电阻。
DC OVERVOLT/OVERCURRENT故障一般只在变频器减速停机过程中才会出现，如果变频器在其它运行状态下出现该故障，则可能是变频器内部的开关电源部分，如电压检测电路或电流检测电路异常而引起等。
2.3控制盘上显示CURR MEAS (电流测量)故障的诊断
ACS510系列变频器出现CURR MEAS故障显示时，表示电流检测故障，通用变频器电流检测一般采用电流传感器，通过检测变频器两相输出电流来实现变频器运行电流的检测、显示及保护功能，输出电流经电流传感器输出线性电压信号，经放大比较电路输送给CPU处理器，CPU处理器根据不同信号判断变频器是否处于过电流状态，如果输出电流超过保护值，则故障封锁保护电路动作，封锁IGBT脉冲信号，实现保护功能。
ACS510系列变频器出现CURR MEAS故障显示时，主要原因为电流传感器故障或电流检测放大比较电路异常，前者可通过更换传感器解决，后者大多为相关电流检测IC电路或IC芯片工作电源异常，可通过更换相关IC或维修相关电源解决。
2.4控制盘上显示EARTH FAULT(接地故障)故障的诊断
ACS510系列变频器出现EARTH FAULT故障显示时，表示逆变模块IPM、IGBT故障，主要原因为输出接地短路、变频器至电机的电缆线过长（超过50m）、逆变模块或其保护电路故障。现场处理时先拆去电机线，测量变频器逆变模块，观察输出是否存在短路，同时检查电机是否对地短路及电机线是否超过允许范围，如上述均正常，则可能为变频器内部IGBT模块驱动或保护电路异常。一般IGBT过流保护是通过检测IGBT导通时的管压降动作的。
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，检测二极管DB将反向导通，此时反向电流信号经IGBT驱动保护电路送给CPU处理器，CPU封锁IGBT输出，以达到保护作用。如果检测二极管DB损坏，ACS510系列变频器出现EARTH FAULT故障显示，现场处理时可更换检测二极管以排除故障。
ACS510系列变频器出现EARTH FAULT故障显示时，可能在电机或电机电缆处检测到了接地故障。在变频器运行或停止的时候ACS510系列变频器都能监控接地故障，变频器在停止的时候接地故障监测灵敏度更高，并且能够报告发生故障的位置。当ACS510系列变频器出现EARTH FAULT故障显示时，还应当做好如下工作：
1）检查排出进线接地故障；
2）检查变频器至电机的电缆长度没有超过允许的最大长度；
3）如果输入电源是三角形连接，而且输入功率电缆的电容很大，则可能导致运行停止情况下的接地故障的误发，这种接地故障的误发可以通过设置将其退出。
2.5控制盘上显示DEV OVEHTEMP(过热) 故障的诊断
ACS510系列变频器出现DEV OVEHTEMP故障显示时，表示变频器过热，可能的原因主要有：风扇故障、空气流通受阻、散热器积尘、环境温度过高、散热风扇损坏不转电机负载过大以及温度检测电路异常。现场处理时先判断变频器是否确实存在温度过高情况，如果温度过高可先按以上原因排除故障；若变频器温度正常情况下出现DEV OVEHTEMP报警，则故障原因为温度检测电路故障。ABB 22kW以下机型采用的七单元逆变模块，内部集成有温度元件，如果模块内此部分电路故障也会出现DEV OVEHTEMP报警，另一方面当温度检测运算电路异常时也会出现同样故障现象。
三、变频器的外部回路常见故障的分析
变频器的外部回路大体上可以分为两大部分，一部分是负责变频器启/停操作的控制回路；另一部分是负责变频器信号传递的信号回路，现就以ACS510系列变频器的外部回路常为例对变频器见故障进行了分析。
3.1变频器启/停控制回路常见故障的分析
变频器控制回路一般分就地和远方，所谓的就地操作就是控制变频调速电机启/停由变频器自带的控制功能来实现，不要通过接触器实现启/停。这一部分主要靠变频器内部来实现，因此这里不做分析。另一部分是远方操作，远方操作又可以分为变频器柜面操作和上位机远程操作。变频器柜面操作不能实现变频器的启/停时，首先要检查变频器柜面的启/停按钮，按钮的故障比较多一点，其次就是对柜内的端子排接线和继电器进行检查；如果是上位机不能实现远程操作时，应在端子排上找出实现上位机远程启/停操作的端子，将其短接。如果短接后变频器能够实现启/停，则说明上位机或者连接上位机与变频器柜之间的电缆故障，要逐步检查排出；否则就要对柜内的端子排接线和继电器进行检查，以实现变频器的远程操作。
3.2变频器信号回路常见故障的分析
变频器的信号回路是传递变频器与上位机之间信号的回路，如果信号回路故障，将导致信号的丢失或信号的错传，都将影响变频器的正常运行，由于信号回路大多都是4-20mA的弱电流信号，极容易接错线且不容易发现。例如曾经将变频器的电流量上传信号与频率量上传信号接错造成运行人员的误判断，遇到这样的故障，只能认真分析电流量及电流量上传信号与频率量及率量上传信号的变化情况，核对电缆以及回路编号，确认无误后将其改正；上位机与变频器之间还有一个给定量和反馈量的信号传递，如果将这两个量接反，变频器将不能实现远程操作，如果遇到这样的故障，首先要从端子排中找出给定量和反馈量信号的端子，将其打开， 然后用有源信号发生器分别给回路中加入4-20mA的电流信号，如果加入信号后变频器上能显示对应的频率量，说明此回路是上位机对变频器的给定量的信号回路；如果加入信号后上位机上能显示对应的频率量，说明此回路是变频器对上位机的反馈量的信号回路。