起重機變頻器調試與維護中常見故障分析

黎新民 趙榮華

安陽鋼鐵股份有限公司（455004）

0 概述

隨著變頻技術的日益發展，變頻調速系統相對傳統的繼電器接觸器控制系統有了較高的性價比，使變頻器在起重機上的應用不斷增長。因此，變頻器的故障診斷也已成為起重機電控系統故障診斷的重要組成部分之一。變頻器產生故障的因素，有硬件方面的，也有因使用維護不當造成的。對于硬件故障,要通過檢測找到故障件并進行修復或更換。通常查找重點放在I／O擴展模塊、接線端子等地方。而對于主電路板、電機控制和I／O板、控制盤的電路，由于其集成度極高且與其他電路之間都有可靠的隔離措施，因此故障率很低。即使發生故障，現場條件和常規手段也難以檢測,所以應與供應商聯系，若有問題要更換電路板。對于使用維護方面的問題，應以變頻器自診斷或保護功能動作時顯示的信息為線索，對照電氣原理圖和其他相關圖紙，進行分析，采用相應的檢測手段找到故障點并修復。

1 常見故障

1.1 變頻器無輸出電壓

輸入變頻器啟動指令后,如變頻器無輸出電壓，可能是以下原因。

1）主回路未接通。依照原理圖，檢查主回路通道中所有開關、熔斷器、接觸器及電力電子器件是否完好，導線接頭有無接觸不良或松脫。2）控制回路接線有錯誤，變頻器為正確啟動。以變頻器說明書為依據，對照原理圖及接線圖認真核對控制回路接線，找出錯誤處并加以糾正。

1.2 變頻器接地故障

1）變頻器輸出濾波器與變頻器不匹配，造成輸出側高頻短路。2）電機受潮或進水造成電機接地短路。3）線路受損接地。

1.3 電動機不能正常升速

1）變頻器輸入信號不正確。調速電位器或凸輪觸點接觸不良，或相關元件損壞，或端子松動及斷線，使變頻器給定值不能升高，導致電動機不能正常升速。2）交流電源或變頻器輸出缺相。電源缺相使變頻器輸出電壓降低，變頻器輸出缺相造成三相電壓不對稱而產生負序轉矩，都會使電動機電磁轉矩變小，不能驅動負載加速。此時應檢查熔絲有無熔斷，導線接頭有無松落斷路，逆變橋晶閘管是否損壞或有無觸發脈沖等現象。3）變頻器參數中頻率或電流設定值偏小。如果頻率設定在低值點上，頻率就會受到限制而無法升高，電機不能高速。如果電流設定值偏小,產生最大轉矩的能力就會被限制，使電動機不能加速。若電流設定值已達變頻器的最大值，則可能變頻器容量偏小，需要更換更大容量的變頻器。若為閉環矢量控制，則可能自學習不成功，在輕載時工作正常，重載時由于特性差而不能加速。此時應檢查電機參數輸入是否正確并再次自學習。

1.4 機構運轉不穩或不能平滑調節

這種故障出現無規律性且多為短暫性。主要有以下情況:1）電源為臨時電，同時現場電焊機等眾多設備工作無規律，造成電壓不穩定，使機構工作也不穩定。2）負載不正式、不穩定。3）外界噪音使變頻器信號受干擾變化。應考慮使用屏蔽電纜，或增設進線濾波器等措施。

1.5 過電流故障

對于變頻器在調試與試運行期間出現過電流故障，可從電源、負載、變頻器、振蕩干擾等方面找原因。1）電源電壓超限或缺相。電壓超限應按說明書規定的范圍進行調整。無論電源缺相或變頻器缺相，都會導致電動機轉矩減小而過流。2）負載過重或負載側短路。重點檢查機組有無異聲、振動和卡滯現象，是否因工藝條件或操作方法的改變而造成超載。負載側短路或接地，可用兆歐表進行檢測。逆變器同一橋臂的兩只晶體管同時導通也會形成短路。3）變頻器設定值不合適。①電壓頻率曲線中電壓提升大于頻率提升，破壞了U1／fi的比例關系，造成低頻率高壓而過流；②加速時間過短，所需加速轉矩過大而造成過流;③減速制動時間設定過短，機組迅速再生發電回饋給中間回路，造成中間回路電壓過高和制動回路過流。4）振蕩過流。一般在以某轉速(頻率)運行時發生。主要原因有兩個:①電氣頻率與機械頻率發生共振；②純電氣回路引起如功率開關管的死區控制時間，中間直流回路電容電壓的波動，電動機滯后電流的影響及外界干擾源的干擾等。對于第一種情況，降低載波頻率可能減小共振。在找出發生共振的頻率范圍后，利用跳躍頻率功能跳過該共振頻率。值得注意的是，使用變頻器驅動大慣量如大車機構時，常由一個變頻器驅動多個電機，采用V／f控制方式。當要求起制動較快時(如2秒)，則往往出現大車起制動振動劇烈，同時常伴有變頻器過流。這與機械傳動回路間隙成正比有很大關系。因此，應在機械減少間隙的同時采取減震措施。大車電機懸浮可擺動安裝就是這一事例的成功應用。5）變頻器容量偏小，應考慮換成大容量的變頻器。

1.6 過電壓故障

在機構減速制動時變頻器常發生過電壓故障，其原因大都與中間回路及制動環節有關,主要是:1）電源電壓過高，一般超過10%以上。2）制動電阻阻值過大或損壞，無法及時釋放回饋的能量而造成過電壓。3）中間回路濾波器電容失效容量變小或檢測電路故障。應認真檢查電容器有無異味、變色，安全閥是否脹出，箱體有無變形及漏液等現象。4）減速時間設定過短。5）對于安川CIMR—G5A4系列變頻器，由于工廠現場電源一般為AC380V，所以應重新設定變頻器及制動斬波器電源電壓使之與其一致，以免起制動時變頻器出現過電壓故障。

1.7 低電壓故障

電源方面的主要問題:1）交流電壓過低或缺相。2）供電變壓器容量較小，線路阻抗過大，帶載后變壓器及線路壓降過大而造成變頻器輸入電壓偏低。3）變頻器整流橋二極管損壞而使整流電壓降低。

1.8 過熱故障

1）環境溫度過高。2）內部冷卻風扇損壞或運轉不正常。3）通風口罩柵被雜物堵塞。4）負載過重。

1.9 變頻器諧波干擾

采用變頻器作驅動的起重機一般均配置PLC控制系統，以提高整機的自動化程度。這時PLC系統可能受變頻器諧波干擾出現誤動作，特別是操作信號與限位開關信號極易受干擾而失真。最常見的原因是電氣線路較長(超過100 m)，變頻電機動力線與限位開關以及操作信號等控制線并行敷設距離較長，特別是拖動電纜部分。觸點信號輸入PLC輸入模塊時，受變頻器高頻諧波干擾，線路漏電流增大，即使輸入的開點為（0），PLC也可能失真為閉點造成PLC系統故障。

為解決諧波干擾，主要采取以下措施:1)縮短控制線路長度。PLC系統采用集散結構，例如在起重機各部位設置PLC從站,共用一個PLC主站來實現集中控制與分布式布置，同時各PLC之間通過屏蔽電纜通訊，拖動部位可采用光纜。這樣，各部位控制線只需在內部走線，大大縮短了線路長度，降低了高次諧波干擾。2）控制信號通過中間繼電器輸入PLC，可有效解除諧波干擾。3）控制信號線采用屏蔽電纜。4）變頻器輸出端加濾波器，變頻電機動力線采用屏蔽電纜。5）把PLC裝置做成柜或置于單獨的PLC室中，可降低變頻器等驅動裝置對PLC裝置的影響。

上述均為調試維護中發生幾率較高的故障，通過檢測分析，一般都可較快找到故障點，并有效地加以解決。

2 結語

隨著變頻技術在起重機上越來越廣泛的應用，在起重機的維護中，變頻器故障維修也成為一個越來越常見的問題。為此，文章特按照實際工作中調試維護順序，對常見故障做了歸納總結，并提出了相應的解決措施，通過實踐證明，均取得良好效果。因而對電氣設計人員在今后的設計及調試中有一定的借鑒作用。