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西門子變頻器故障原因及解決措施分析
西門子變頻器有多種類型,例如:西門子變頻器MM4系列,西門子變頻器SINAMICS系列。這些西門子變頻器是由主回路、電源回路、IPM驅(qū)動及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)多為單元化或模塊化形式。由于使用方法不正確或設(shè)置環(huán)境不合理,將容易造成變頻器誤動作及發(fā)生故障,或者無法滿足預(yù)期的運(yùn)行效果。為防患于未然,事先對故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析尤為重要。本文下面對西門子變頻器的故障原因和解決措施做一個(gè)分析,為用戶在調(diào)試過程中提供參考。
西門子變頻器故障原因及解決措施分析
1.主回路常見故障分析
主回路主要由三相或單相整流橋、平滑電容器、濾波電容器、IPM逆變橋、限流電阻、接觸器等元件組成。其中許多常見故障是由電解電容引起。電解電容的壽命主要由加在其兩端的直流電壓和內(nèi)部溫度所決定,在回路設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)選定了電容器的型號,所以內(nèi)部的溫度對電解電容器的壽命起決定作用。電解電容器會直接影響到變頻器的使用壽命,一般溫度每上升10℃,壽命減半。因此一方面在安裝時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度,另一方面可以采取措施減少脈動電流。采用改善功率因數(shù)的交流或直流電抗器可以減少脈動電流,從而延長電解電容器的壽命。
在電容器維護(hù)時(shí),通常以比較容易測量的靜電容量來判斷電解電容器的劣化情況,當(dāng)靜電容量低于額定值的80%,絕緣阻抗在5MΩ以下時(shí),應(yīng)考慮更換電解電容器。
2.主回路典型故障分析
故障現(xiàn)象:變頻器在加速、減速或正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過電流跳閘。
首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因,還是變頻器的原因引起的。如果是變頻器的故障,可通過歷史記錄查詢在跳閘時(shí)的電流,超過了變頻器的額定電流或電子熱繼電器的設(shè)定值,而三相電壓和電流是平衡的,則應(yīng)考慮是否有過載或突變,如電機(jī)堵轉(zhuǎn)等。在負(fù)載慣性較大時(shí),可適當(dāng)延長加速時(shí)間,此過程對變頻器本身并無損壞。若跳閘時(shí)的電流,在變頻器的額定電流或在電子熱繼電器的設(shè)定范圍內(nèi),可判斷是IPM模塊或相關(guān)部分發(fā)生故障。首先可以通過測量變頻器的主回路輸出端子U、V、W,分別與直流側(cè)的P、N端子之間的正反向電阻,來判斷IPM模塊是否損壞。如模塊未損壞,則是驅(qū)動電路出了故障。如果減速時(shí)IPM模塊過流或變頻器對地短路跳閘,一般是逆變器的上半橋的模塊或其驅(qū)動電路故障;而加速時(shí) IPM模塊過流,則是下半橋的模塊或其驅(qū)動電路部分故障,發(fā)生這些故障的原因,多是由于外部灰塵進(jìn)入變頻器內(nèi)部或環(huán)境潮濕引起。
3.控制回路故障分析
控制回路影響變頻器壽命的是電源部分,是平滑電容器和IPM電路板中的緩沖電容器,其原理與前述相同,但這里的電容器中通過的脈動電流,是基本不受主回路負(fù)載影響的定值,故其壽命主要由溫度和通電時(shí)間決定。由于電容器都焊接在電路板上,通過測量靜電容量來判斷劣化情況比較困難,一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時(shí)間,來推算是否接近其使用壽命。
電源電路板給控制回路、IPM驅(qū)動電路和表面操作顯示板以及風(fēng)扇等提供電源,這些電源一般都是從主電路輸出的直流電壓,通過開關(guān)電源再分別整流而得到的。因此,某一路電源短路,除了本路的整流電路受損外,還可能影響其他部分的電源,如由于誤操作而使控制電源與公共接地短接,致使電源電路板上開關(guān)電源部分損壞,風(fēng)扇電源的短路導(dǎo)致其他電源斷電等。一般通過觀察電源電路板就比較容易發(fā)現(xiàn)。
邏輯控制電路板是變頻器的核心,它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大規(guī)模集成電路,具有很高的可靠性,本身出現(xiàn)故障的概率很小,但有時(shí)會因開機(jī)而使全部控制端子同時(shí)閉合,導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)EEPROM故障,這只要對EEPROM重新復(fù)位就可以了。
IPM電路板包含驅(qū)動和緩沖電路,以及過電壓、缺相等保護(hù)電路。從邏輯控制板來的PWM信號,通過光耦合將電壓驅(qū)動信號輸入IPM模塊,因而在檢測??斓耐瑫r(shí),還應(yīng)測量IPM模塊上的光耦。
4.冷卻系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)主要包括散熱片和冷卻風(fēng)扇。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短,臨近使用壽命時(shí),風(fēng)扇產(chǎn)生震動,噪聲增大最后停轉(zhuǎn),變頻器出現(xiàn)IPM過熱跳閘。冷卻風(fēng)扇的壽命受陷于軸承,大約為10000~35000h。當(dāng)變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),需要2~3年更換一次風(fēng)扇或軸承。為了延長風(fēng)扇的壽命,一些產(chǎn)品的風(fēng)扇只在變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)而不是電源開啟時(shí)運(yùn)行。
西門子變頻器有多種系列,為用戶在各個(gè)行業(yè)中的自動化驅(qū)動控制系統(tǒng)的各種應(yīng)用中提供了解決方案和有力保障。