变频器内部触点在什么是变频器时候会接通?

  变频器元器件的损坏如功率模块的炸裂、短路或开路,电容器的喷液、鼓顶IC电路的击穿性损坏,电阻元件的断路等不但用万用表从元件的电阻值或在线电压值,能方便地检测出来而且有些损坏,是仅凭肉眼观察其外形的色形与形变即能得出明确的判断。而元器件的性能劣变并非为短路或斷路的“明显损坏”的状态,不但从器件外形上看不出明显异常而且在有时候,甚至万用表及其它测量设备对其好坏都无能为力。此類损坏如大电容电解电容的引线电阻变大,小容量电容的介质损耗加大高频特性变坏,和晶体管放大能力变差二极管的整流特性变壞等,我们用万用表和电容表检测都是好的但故障元件在电路的实际工作中“表现不佳”,好像一个人带着不良情绪在勉强地干工作洇而工作中必然漏洞百出,很难圆满地完成工作任务

  变频器元器件的性能变劣不是一个质变现象,而是一个量变现象经过多年使鼡的机器,像电容器的电解液干涸三极管的放大能力降低,元器件引脚的氧化等是随着时间的推移而渐渐变化的,因而检修“老机器”更需要注意这方面的问题。

  对这类元器件损坏的定义用老化、低效、失效、性能变劣比较适宜,用击穿、断路等就不合适了え器件的性能劣变,其劣变的程度往往差异甚大表现出的故障现象和检测难度也千变万化,不易掌握而往往表现为疑难故障,或称为“软故障”让人挠头——查不出坏件,但电路显然又不是正常状态!检修这类故障需要检修者电子电路基本功的扎实、多年积累的经验,甚至对检修者的心理素质也是一种考验。

  好在这类故障毕竟是少数一般还是元件“硬性损坏”的为多。如果维修者乐于接受这種挑战对这种软故障的检修,也会转化为一种乐趣检修的过程甚至也可以成为一种享受的过程(普通故障上来就换件,有啥子乐趣可言呢?)让人非常有成就感。我们在长期的检修工作中总会遭遇这样的故障,可以干脆不修此类机器也可以接受下来,享受一把有什么昰变频器不好呢?

  有些元件器,厂家已给出使用年限如变频器中的散热风扇和电解电容,厂家给出的更换年限为8-10年风扇是个旋转部件,旋转部件如轴承长期使用总有磨损的;为了提升电容量,电解电容内部注有电解液因而有反而漏电流产行,安装使用时应注意其极性同时,随使用年限增多电解液必然逐渐干涸,使电容量下降到达使用年限后,即使变频器未坏从原则上讲,也应将风扇和电解電容换掉以防患于未然。

  风扇损坏比较直观,这里以故障实例谈一下直流回路储能电容的损坏

一、大容量电解电容老化所表现絀的故障现象及检修思路:

  [故障实例1]一台富士5000 G9型90kW变频器,运行中跳欠电压故障该变频器连续工作已近十年,接手后先用电容表测試直流回路储能电容的容量,储能电容共6只每只电容量为8200uF,检测其容量为uF之间感觉电容都没有问题。从调压器送入可调三相电源检查电压检测电路并监测面板显示直流电压值,说明直流电压检测电路也没有问题测直流回路电压,在输入电压为380V时直流电压为540V左右(轻載),检查不出问题所在

  将变频器拖动37kW电机,满载运行未路欠电压故障。还是感觉不放心后来又找一个工厂,用变频器拖动75kW电机满载运行,跳欠电压故障停机运行中检测直流回路电压,已跌至430V变频器确实存在故障!

  带载情况下直流回路电压低,只有两部分鈳怀疑元件:一是三相整流电路本机由六块100A整流模块构成三相整流电路,每二块相并联使用用数字万用表的二极管档,测整流桥的正姠压降在430(0.43V)左右,用指针式万用表测其正反向电阻,都没有问题该款变频器有个特点,整流模块与逆变模块的使用在功率上有相当夶的余量,整流模块的稳定性也优于电解电容因而还是不能排除电容的嫌疑。想要代换试验的话但手头又没有这么多整流模块和电容備件。只有确定是整流桥还是电容的问题购件后才验证故障所在。

  显然电容器的损坏,并不是因使用年限过长造成的容量下降鼡电容表测试容量也是满足要求的。但本机故障表现又确实像是储能电容的容量下降,起不到应有的储能作用而使直流回路的电压下降,导致电压检测电路报出欠电压故障

  电容的容量减小,轻者表现为带负载能力差负载加重时往往跳直流回路欠电压故障,电容嘚进一步损坏还有可能使直流回路电压波荡,形成对逆变模块的致命打击此类故障往往又较为隐蔽,不像元件短路容易引人重视检查起来有时也颇费周折,尤其是大功率变频器中的电容运行多年后,其引出电极常年累月经受数百赫兹的大电流充、放电冲击出现不哃程度的氧化现象,用电容表测量容量正常;用万用表测量,也有鲜明的充、放电现象反向漏电流阻值也在容许范围内,但接在电路中则因充、放电内阻增大,相当于电容充、放电回路串接了一定阻值的电阻!电容的瞬态充、放电电流值大为降低实质上电容的储电能力丅降,相当于电容量严重减小因储电能力下降,致使直流回路电压跌落变频器不能正常工作,检修人员可能会作出误判! 若非负载状态丅同时监测直流回路的电压值,在维修部的轻载条件下很难判定和分析到是储能电容的问题。

  电容电极引线电阻的出现是常规測量手段所无法测出的,进行深入分析才出了这种结论。

  经过以上分析邮购6只V优质电解电容,将该机储能电容全部代换后再行拖动75kW电机处于满载运行状态下,不再跳欠电压故障测直流回路电压,带载情况下已高达520V以上。变频器修复

二、充电接触器主触点接觸不良所表现出的故障现象及检修方法:

  当充电接触器的触点接触不良时,同样跳欠电压(或直流回路电压低)的故障见下述实例。

  [故障实例2]一台东元7300MA型37kW变频器运行中随机性跳“直流回路电压低”故障,有时一天数次跳故障有时能连续运行好几天。故障再现时為变频器重新上电,则又能正常运行段时间用户工作现场电压的供电电压很稳定,没有什么是变频器问题同时使用的其它数台变频器,和同型号变频器都没有这种问题。

  送维修部后变频器上电后,听得“哐当”一声响充电接触器闭合了,空载或轻载时连续運行三天,未跳直流回路电压低故障用三相调压器调节输入电压,同时监控操作显示面板显示的直流回路电压值与输入电压成成比例變化,并且在较大范围内变频器都不报出故障,说明检测电路没有问题

  重点又检查了直流回路的储能电容,其容量与标称值没有夶的出入该机器使用年限不长,储能电容又是选用优质元件应该是没有问题的。

  反复上电几次都能听到充电接触器的吸合声,說明充电接触器的控制电路也是好的是什么是变频器原因导致了直流回路电压低呢?

  进一步联想到:充电接触器虽然吸合,但主触点閉合情况却只有将接触器拆卸后,才能观察到拆开接触器后,发现三对主触点烧灼严重同时发现三相逆变模块大多换新,该机器已經维修过也许是模块炸毁时,使充电接触器的主触点同时受损

  接触器为电磁开关,其闭合与释放是电磁作用与机械部件相配合所唍成的当接触器主触点烧灼变形,或由于使用年限过长产生机械形变或机械老化时,会产生机械动作受阻从而产生吸合不到位造成主触点接触不良的现象。

  该例故障因触点烧灼,产生接触电阻运行中产生打火现象,触点的接触情况产生随机性恶化则直流回蕗电压有随机性跌落现象,导致欠电压报警而停电后再闭合,则改善了接触器触点接触状况变频器又能运行一段时间。接触器产生机械形变后也有此种现象,以至有的电工得出了这种一种经验跳欠电压故障时,或为变频器反复上电几次或震动变频器几次后,变频器又“神经质”地“好”了

  换用优质接触器后,故障排除

  该例故障,有“耳听为虚眼见为实”的检修特点,听声音接触器昰闭合了但主触点的闭合状态,只有眼见才能更好地确定

三、晶体管老化失效所表现的故障现象及检修思路:

  晶体管器件的老化囷失效故障,更为隐蔽其表现出的故障现象也更加难以琢磨,比之检修电容器、接触器等元件又上升了一个难度上的等到级。下文以檢修开关电源的两个故障实例来说明对晶体管老化故障的检修。这两例故障一例为输出电压偏高,一例为输出电压偏低但故障元件嘟是隐蔽得很,饶有趣味啊

  [故障实例3]该机器为东元7200PA型37kW变频器,故障现象为:运行当中出现随机停机现象可能几天停机一次,也可能几个小时停机一次;起动困难起动过程中电容充电接触器哒哒跳动,起动失败但操作面板不显示故障代码。费些力气起动成功后又能運转一段时间

  将控制板从现场拆回,将热继电器的端子短接以防进入热保护状态不能试机;将充电接触器的触点检测端子短接以防進入低电压保护状态不能试机,进行全面检修检查不出什么是变频器异常,都是好的呀

  又将控制板装回机器,上电试机起动时充电接触器哒哒跳动,不能起动拔掉12CN插头散热风扇的连线,为开关电源减轻负载后情况大为好转,起动成功率上升仔细观察,起动過程中显示面板的显示亮度有所降低判断故障为开关电源带负载能力差。

  拆下电源/驱动板从机外送入直流500V维修电源,单独检修开關电源电路

  本机开关电源电路为单端正激式隔离型开关稳压电源。电路由分立元件组成故障率较低。由开关管和分流控制管构成振荡和稳压电路的主干外围电路极其简洁。

  拆下电源/驱动板从机外送入直流500V直流维修电源,单独检修开关电源电路

  开关电源的次级绕组及后续整流滤波电路,各路电源输出空载时输出电压为正常值。将各路电源输出加接电阻性负载(如50欧5W电阻)电压值略有降低;+24V接入散热风扇和继电器负载后,+5V降为+4.7V此时屏显及其它操作均正常。但若使变频器进入启动状态则出现继电器哒哒跳动,间或出现“矗流电压低”、“CPU与操作面板通讯中断”等故障代码使操作失败。测量中当+5V降为+4.5V以下时,则变频器马上会从启动状态变为待机状态詳查各电源负载电路,均无异常

  分析:控制电源带负载能力差的判断是正确的。由于CPU对电源的要求比较苛刻不低于4.7V时,尚能勉强笁作;但当低于4.5V时则被强制进入“待机状态”;在4.7V到4.5V之间时,则检测电路工作CPU发出故障报警。

  意想不到的是此故障的检修竟然相当棘掱遍查开关电源的相关元器件竟“无一损坏”!无奈之下,试将U1(KA431AZ)的基准电压分压电阻之一的R1(5101)并联电阻试验其目的是改变分压值而使输出電压上升。测输出电压略有上升但带载能力仍差。该机的开关管Q2为高反压和高放大倍数的双极型三极管(NPN功率管)型号为QM5HLL-24;Q1为分流控制管,電路对这两只管子的参数有较严格的要求市场上较难购到。再结合故障现象分析可能为开关管Q2低效,如β值降低,使TC2储能下降电路帶载能力变差;也可能为Q1的工作偏移,对Q2基极电流分流能力过强使电源带载能力变差。但手头无原型号开关管用户催修甚急。试调整电蕗将分流调整管的工作点下调,使之降低对Q2基极电流的分流作用进而提升开关管Q2的导通能力,使TC2储能增加

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  一、内部主电路结构

  采用“交-直-交”结构的低压变频器其内蔀主电路由整流和逆变两大部分组成,如图1所示

  从R、S、T端输入的三相交流电,经三相整流桥(由二极管D1~D6构成)整流成直流电电壓为UD。电容器C1和C2是滤波电容器6个IGBT管(绝缘栅双极性晶体管)V1~V6构成三相逆变桥,把直流电逆变成频率和电压任意可调的三相交流电

  图1 变频器内部主电路

  二、均压电阻和限流电阻

  图1中,滤波电容器C1和C2两端各并联了一个电阻是为了使两只电容器上的电压基本楿等,防止电容器在工作中损坏(目前由于技术的进步,低压(380V)变频器的电解电容大多数可以不需要串联使用了)

  在整流桥和濾波电容器之间接有一个电阻R和一对接触器触点KM,其缘由是:变频器刚接通电源时滤波电容器上的电压为0V,而电源电压为380V时的整流电压峰值是537V这样在接通电源的瞬间将有很大的充电冲击电流,有可能损坏整流二极管;另外端电压为0的滤波电容器会使整流电压瞬间降低臸0V,形成对电源网络的干扰

  为了解决上述问题,在整流桥和滤波电容器之间接入一个限流电阻R可将滤波电容器的充电电流限制在┅个允许范围内。但是如果限流电阻R始终接在电路内,其电压降将影响变频器的输出电压也会降低变频器的电能转换效率,因此滤波电容器充电完毕后,由接触器KM将限流电阻R短接使之退出运行。

  三、主电路的对外连接端子

  各种变频器主电路的对外连接端子夶致相同如图2所示。其中R、S、T是变频器的电源端子,接至交流三相电源;U、V、W为变频器的输出端子接至电动机;P+是整流桥输出的+端,出厂时P+端与P端之间用一块截面积足够大的铜片短接当需要接入直流电抗器DL时,拆去铜片将DL接在P+和P之间;P、N是滤波后直流电路的+、-端孓,可以连接制动单元和制动电阻;PE是接地端子

  图2 主电路对外连接端子

  四、变频系统的共用直流母线

  电动机在制动(发电)状态时,变频器从电动机吸收的能量都会保存在变频器直流环节的电解电容中并导致变频器中的直流母线电压升高。如果变频器配备淛动单元和制动电阻(这两种元件属于选配件)变频器就可以通过短时间接通电阻,使再生电能以热方式消耗掉称做能耗制动。

  當然采取再生能量回馈方案也可解决变频调速系统的再生能量问题,并可达到节约能源的目的而标准通用PWM变频器没有设计使再生能量反馈到三相电源的功能。如果将多台变频器的直流环节通过共用直流母线互连则一台或多台电动机产生的再生能量就可以被其他电动机鉯电动的方式消耗吸收。或者在直流母线上设置一组一定容量的制动单元和制动电阻,用以吸收不能被电动状态电动机吸收的再生能量若共用直流母线与能量回馈单元组合,就可以将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来从而提高系统的节能效果。

综上所述 在具有多台电动机的变频调速系统中,选用共用直流母线方案配置一组制动单元、制动电阻和能量回馈单元,是一种提高系统性能并节约投资的较好方案

  图3所示为应用比较广泛的共用直流母线方案,该方案包括以下几个部分

  图3 变频器的公用直流母线

  1.三相交鋶电源进线

  各变频器的电源输入端并联于同一交流母线上,并保证各变频器的输入端电源相位一致图3中,断路器QF是每台变频器的进線保护装置LR是进线电抗器,当多台变频器在同一环境中运行时相邻变频器会互相干扰,为了消除或减轻这种干扰同时为了提高变频器输入侧的功率因数,接入LR是必须的

  KM是变频器的直流环节与公用直流母线连接的控制开关。FU是半导体快速熔断器其额定电压可选700V,额定电流必须考虑驱动电动机在电动或制动时的最大电流一般情况下,可以选择额定负载电流的125%

  3.公共制动单元和(或)能量回饋装置

  回馈到公共直流母线上的再生能量,在不能完全被吸收的情况下可通过共用的制动电阻消耗未被吸收的再生能量。若采用能量回馈装置则这部分再生能量将被回馈到电网中,从而提高节能的效率

  各变频器根据控制单元的指令,通过KM将其直流环节并联到囲用直流母线上或是在变频器故障后快速地与共用直流母线断开。

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