軟啟動(dòng)器典型故障分析與判斷方法解析

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軟啟動(dòng)器典型故障分析與判斷方法解析

關(guān)俊峰

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山063200）

【摘要】針對(duì)電機(jī)軟啟動(dòng)器頻繁發(fā)生的故障停機(jī)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析、總結(jié)，提出預(yù)判及處理方法，以保證快速有效地排除故障，增加設(shè)備運(yùn)行可靠性。

【關(guān)鍵詞】軟啟動(dòng)器；停機(jī)故障；功率單元；電阻；電壓

1　引言

某公司90 kW以上低壓電機(jī)啟動(dòng)方式為變頻或軟啟動(dòng)器，投產(chǎn)以來頻繁發(fā)生軟啟動(dòng)器停機(jī)故障，故障類型分為兩大類：控制面板故障、功率單元故障。控制面板為軟啟動(dòng)器核心控制部分，完成數(shù)據(jù)處理及控制，為集成電路。功率單元為軟啟動(dòng)器主回路部分，完成電能輸送及信號(hào)采集。投產(chǎn)后，功率單元主要發(fā)生故障為：SCR短路、旁路開路、負(fù)載斷路。經(jīng)過檢查，外部電路都無(wú)問題，為軟啟動(dòng)器本身故障引起的停機(jī)，對(duì)公司的正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。針對(duì)此類故障，廠家技術(shù)人員表示只能在故障的時(shí)候更換軟啟動(dòng)器備件，無(wú)預(yù)防措施。因軟啟動(dòng)器備件費(fèi)用很高。為此我們對(duì)軟啟動(dòng)器解體、研究、分析、總結(jié)，以便快速有效地查找故障，采用分體式更換備件，針對(duì)具體故障元件進(jìn)行更換，快速有效地排除故障，減少備件及維護(hù)成本，同時(shí)針對(duì)故障研究測(cè)量方法，以便做到預(yù)判及提前處理，增加設(shè)備運(yùn)行可靠性。

2　軟啟動(dòng)器原理及基本結(jié)構(gòu)

軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter，軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間，這種電路如三相全控橋式整流電路。典型布線圖如圖1。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。軟啟動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)分為面板控制器和主回路功率單元兩大部分，控制器包括顯示面板、信號(hào)采集器、保護(hù)功能板、通訊卡集于一體的控制單元。功率單元主要包括三相分體式母排、六個(gè)反并聯(lián)晶閘管、三個(gè)旁路接觸器、三相電流采集單元，功率單元三相獨(dú)立連接，可分體拆卸。功率單元結(jié)構(gòu)如圖2。晶閘管及電流采集單元分別引出六條連接線連接于面板控制器，分別為TB2、TB3、TB4（電流電壓采集檢測(cè)單元及接觸器控制單元，晶閘管控制單元)、TB5、TB6、TB7(晶閘管控制單元)。

圖1　SCR典型布線圖

圖2　功率單元結(jié)構(gòu)圖

3　故障原因分析及判斷測(cè)量方法

此次列舉的故障類型，只針對(duì)軟啟動(dòng)器本身的故障，對(duì)于外部故障，軟啟動(dòng)器保護(hù)功能準(zhǔn)確反映出來的故障，處理相對(duì)準(zhǔn)確簡(jiǎn)單，這里不做闡述。我公司應(yīng)用的軟啟動(dòng)器投產(chǎn)后，常見的幾種典型的故障類型分別為SCR短路、旁路開路、負(fù)載斷路三種。

SCR短路，指的是軟啟動(dòng)器晶閘管短路。采用的是獨(dú)立三相分布式結(jié)構(gòu)，三相分別有監(jiān)測(cè)元件，通常報(bào)文為SCR（A、B、C當(dāng)中一相）短路。對(duì)于此類故障，首先要確定報(bào)文的真實(shí)性，由于軟啟動(dòng)器控制器為單獨(dú)的獨(dú)立部分，由集成電路板構(gòu)成，不排除內(nèi)部監(jiān)測(cè)元件問題引發(fā)的軟啟動(dòng)器誤報(bào)。所以就需要我們對(duì)功率單元進(jìn)行監(jiān)測(cè)判斷，通過拆解及翻閱大量材料，得出兩種辦法，即電阻法和電壓法。電阻法，拆下電機(jī)引線及控制器與功率單元的連接線（TB2-TB7），因其晶閘管采用反并聯(lián)連接，在軟啟動(dòng)器電源下電停止后，測(cè)量其進(jìn)線端（L1、L2、L3）一端與其對(duì)應(yīng)的出線端（T1、T2、T3）一端。這里舉L1、T1為例。用萬(wàn)用表測(cè)量其L1-T1之間的電阻，因晶閘管工作特性，任何一相的電阻值都應(yīng)該不小于10000贅，如果小于10000贅，則判斷其晶閘管出現(xiàn)問題、應(yīng)立即更換。電壓法，電壓檢測(cè)可以確定一個(gè)可控硅短路的條件，電壓法將軟啟動(dòng)器控制電源下電（拆下控制電源端子L1、L2端子），也就是禁止發(fā)出啟動(dòng)命令，讓晶閘管無(wú)門極電壓，將軟啟動(dòng)器進(jìn)線端（L1、L2、L3）施加電壓，晶閘管存在泄漏電流，但泄漏電流無(wú)法精確檢測(cè)，測(cè)量其L1-T1、L2-T2、L3-T3之間的電壓值，泄漏電流大，測(cè)量電壓值低，用其方法，舉中性點(diǎn)接地系統(tǒng)星型接法為例，L1-T1、L2-T2、L3-T3之間的電壓值不得低于220 V，如果測(cè)量值低于220 V，則說明晶閘管導(dǎo)通特性變差，存在短路可能，必須進(jìn)行更換。如果兩種方法測(cè)量值都在正常值，故障仍無(wú)法消除，則考慮軟啟動(dòng)器控制器出現(xiàn)問題，更換控制器消除故障。兩種方法結(jié)合使用，可在設(shè)備停電檢修時(shí)，對(duì)軟啟動(dòng)器晶閘管進(jìn)行檢查、判斷，預(yù)判晶閘管的工作特性好壞，提前預(yù)防。

旁路開路，旁路開路是檢測(cè)電源電極旁路接觸器工作狀態(tài)，在發(fā)生接觸器故障時(shí)，報(bào)文可以準(zhǔn)確報(bào)出旁路開路。旁路開路也代表著接觸器應(yīng)該吸合還是無(wú)法吸合，故障原因：（1）控制電壓為低電平；（2）功率模塊旁路失效。

（1）控制電壓為低電平：功率單元內(nèi)接觸器控制電壓為48 V，電壓過低可能為控制器內(nèi)變壓元件損壞、插頭TB2、TB3、TB4虛接或插針損壞、接觸器線圈控制線損壞造成電壓過低，接觸器無(wú)法吸合，查找原因，對(duì)應(yīng)處理，簡(jiǎn)單快速。

（2）功率模塊旁路失效：功率單元失效指的是接觸器硬性故障，導(dǎo)致接觸器無(wú)法完成吸合，包括接觸器觸電燒毀、接觸器線圈損壞的故障，由于結(jié)構(gòu)限制，接觸器與母排固定模式為焊接，無(wú)法單獨(dú)更換接觸器，這時(shí)就要更換單相功率單元，功率單元為分體滑道式安裝，更換一相簡(jiǎn)單、快捷。

負(fù)載斷路，負(fù)載斷路就是監(jiān)測(cè)其負(fù)載連接狀態(tài)，軟啟動(dòng)器監(jiān)測(cè)負(fù)載斷路是通過電流監(jiān)測(cè)單元完成。軟啟動(dòng)器與負(fù)載連接線故障及電機(jī)繞組斷路都可通過負(fù)載斷路反映出來。但日常使用過程中這兩種故障的幾率較小，多數(shù)的故障都為電流監(jiān)測(cè)元件故障，判斷步驟簡(jiǎn)單，將三相電流監(jiān)測(cè)單元連接線TB2、TB3、TB4互換連接，如報(bào)文報(bào)對(duì)應(yīng)插頭連接相的負(fù)載斷路，則表明負(fù)載電流監(jiān)測(cè)元件故障，導(dǎo)致軟啟動(dòng)器控制器判別無(wú)電流為負(fù)載斷路。經(jīng)過對(duì)其拆解，電流監(jiān)測(cè)元件為母排穿心式連接，更換操作容易，因其三相獨(dú)立結(jié)構(gòu)完全一樣，不用考慮三相對(duì)應(yīng)的問題，更換即可。

4　結(jié)論

（1）通過分析總結(jié)，對(duì)軟啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)及原理有了足夠的了解，針對(duì)具體故障制定判別方法，及時(shí)快速地處理故障，恢復(fù)生產(chǎn)。

（2）透過故障分析，利用其判斷方法，可提前判斷元件性能的劣化程度，早發(fā)現(xiàn)早處理。

（3）對(duì)故障元件的單獨(dú)更換，減少整體備件更換的浪費(fèi)，節(jié)省備件維護(hù)成本。

（4）針對(duì)典型故障，掌握判別方法，舉一反三，適用于同類設(shè)備故障判別。

Analysis of Typical Faults of Soft Starter and Diagnosis Methods

GUAN Junfeng

(Shougang Jingtang Iron & Steel United Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063200, China)

【Abstract】After commissioning the soft starter had frequently broken down. Through deepened analysis and conclusion of the phenomenon, a pre-judgment and treatment method was put forward, to ensure fast and effective diagnosis of the fault and improve the operation reliability of the equipment.

【Keywords】soft starter; shutdown fault; power unit; resistance; voltage

作者簡(jiǎn)介：關(guān)俊峰（1985-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備管理工作。

收稿日期：2015－09－02

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)12-0009-02

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【中圖分類號(hào)】TM3