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變頻器故障與變頻器工作原理

文檔作者：陶國祥文檔來源：寶鋼不銹鋼事業部熱軋廠			點擊數：
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第30卷2012年第1期(總第157期) 現代化管理
· 現代化管理·
變頻器故障與變頻器工作原理
陶國祥
(寶鋼不銹鋼事業部熱軋廠 上海200431)
【摘要】變頻器性能穩定，運行故障相對較少，在行車交流調速中得到廣泛應用。然而，變頻器集成了計
算機、微電子、電力電子、光纜等技術，結構復雜，產生故障后原因往往難以判斷。而運用變頻器工作原理處理故
障，可使故障處理時間縮短，忽視變頻器工作原理的運用，容易使故障擴大，使故障發生成為事故。
【關鍵詞】故障 變頻器故障處理
Faults and W orking Principles of the Frequency Converter
TAO Guo-xiang
(Hot Rolling Mill ofBaosteel Group Special Steel Div~ion,Shanghai 200431)
【Abstract】The~equeney converter is widely used in the AC speed adjustable system because of
its stable performance and less faults．However，when the converter is integrated with some technologies
such as the computer，microelectronics，power electronics and optical fibre cables，it becomes
complicated in the structure，and then it’S difficult to identify the causes in case that it doesn’t work
wel1．It’S important to handle the converter faults based on its working principles to shorten the
downtime．Otherwise the fault will develop into an accident in case of any ignorance of the working
principles．
【Key wordslFauh，converter，fault treatment
1 前言
交流傳動調速技術已臻成熟、完善，變頻調速
在行車調速控制中應用非常普及。變頻器傳動裝
置的維護技能要求高，維護人員掌握變頻器工作
原理和具備綜合運用變頻器的能力，對處理變頻
器故障具有很重要的意義，掌握得好，故障排除時
間短，對生產的影響小，否則，故障排除時間長，甚
至無法排除使故障發展成為事故。
在生產過程中，因設備零件(構件)損壞、設備
動作不正常或控制失靈需停產檢查、調整、更換、
修理等，根據規定停機時間在5rain以上1h以內，
設備直接損失費在5萬元以下者，稱為設備故障，
排除故障時間超過1h，就被定性為設備事故。
2 行車調速要求
行車一般由橋架、大車移行機構、小車提升機
構、操縱室、主滑線和輔助滑線等組成，屬于重復
— ． 46—．
短時工作制，電動機經常處于頻繁帶負載啟動、制
動、正反轉狀態，承受較大過載和機械沖擊，要求
電動機啟動電流小、啟動轉矩大、低速恒轉矩調
速、快速準確停車、必要的保護和連鎖環節。
變頻器是現代較先進的一種交流電動機調速
裝置，能使電動機實現軟啟動、軟停車、無級調速
及特殊要求的加減速特性，調速過程中具有過流、
短路、過壓、欠壓、過載、接地等保護功能，所以變
頻器在行車傳動控制中得到廣泛使用。
2．1 行車傳動控制的組成
行車調速的結構如圖1所示。由PLC與變頻
器之間的通信實現調速控制。變頻器對負載電動
機實行過載、短路等保護，同時將信息反饋PLC，由
PLC向負載發出啟制動信號。調速系統集成了計
算機、可編程控制器、數據通信、現場總線等技術。
2．2 行車維護的技術特點
欄目編輯：邵廷環
現代化管理 第30卷2012年第1期(總第157期)
PLC
通信
變頻器1
起升電動機
制動器I I編碼器
薔l l簇
． ． ． ． ． ． ．!l：．．．．．．．．．．L
變頻器2
大車電動機
制動器I l限位器
業控l I反
變頻器3
小車電動機
制動器l I限位器
圖1 行車調速控制示意
行車控制對交流調速系統提出了各種各樣要
求，變頻器完全能夠適應行車交流調速的控制要
求。變頻器內部各種功能在CUCV主控板上和各
類板卡件上以功能模塊的形式，通過參數設置實
現。全數字控制系統、PLC邏輯控制以及計算機通
信技術給變頻維護和故障判斷帶來了難度，對維
護人員提出相應較高的技術要求。維護過程中綜
合地運用半導體技術、電子元器件技術和計算機
通信技術對故障排除極為重要。
變頻器故障往往集中在某個功能模塊或者板
卡件上，通過簡單地更換某個板卡件，有時可以很
快地找到故障源，迅速排除故障。但更換板卡件
應立足于對故障原理理解的基礎上，若不能很好
地理解系統工作原理，對任何故障采取逐個更換
板卡件，有時故障排除了，但排除故障的時間可能
延長；有時可能根本找不到故障源，甚至使故障擴
大，引起設備的損壞。
3 故障實例
西門子6SE7033—6EG60變頻器用于行車大車
控制，變頻器帶四臺30kW電動機，無PG測速反
饋。有一次行車運行過程中變頻器進線側熔斷器
燒毀，報F008故障代碼，在未作進一步檢查的情況
下，更換進線側熔斷器后恢復送電，結果造成變頻
裝置內預沖電板、觸發脈沖板損壞，整套變頻器裝
置報廢。
變頻器“F008”故障代碼含義為直流母線電壓
降到其下限值的76％以下，或當動能緩沖使能時，
電壓降至61％以下，正常運行直流母線欠電壓，發
生了短時電源故障。
換熔斷器后再次送電，此時變頻器整流部分
功率元件IGBT已被擊穿短路，再次送電的短路電
流進入預沖電板和觸發脈沖板，造成印刷線路板
和接插件等器件損壞。
3．1 變頻器
常用變頻器結構如圖2所示。
圖2 變頻器結構示意
(1)主電路：由整流器、慮波回路和逆變器組
成交流一直流一交流轉換環節。
(2)控制電路：由CPU和相關電路組成，用以
變頻器控制。
(3)操作顯示電路：用于CPU與外界的接口。
(4)保護電路：用于變頻器自身保護及電動機
保護。
3．2 故障分析
變頻器的狀態有啟動、加減速運行和停機，快
速地減速或停車會產生發電制動的問題。在變頻
調速系統中，電動機的降速和停機是通過逐漸減
小頻率來實現，在頻率減小的瞬間，電動機的轉速
隨之下降，而由于機械慣性的原因，電動機轉子轉
速未變，轉子電流的相位相反了，由電動狀態變為
發電狀態，軸上轉矩變為制動轉矩，電動機轉速迅
速下降，電動機處于再生制動狀態。再生電能反
饋到直流回路，由于直流電路的電能無法通過整
流橋回饋電網，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然
其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間電荷堆
積，形成“泵升電壓”，使直流電壓升高，而IGBT為
全控型器件，耐壓較低，過高的“泵升電壓”有可能
損壞開關器件、電解電容，甚至會破壞電動機的絕
[下轉第49頁]
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現代化管理 第30卷2012年第1期(總第157期)
在托輥與落料口之間導致皮帶縱向撕裂。
(4)兩輥間的皮帶易下垂，使落料口區間的皮
帶呈波浪形，使落料口密封性不好，造成物料散落
和環境污染(見圖2)。
? 一面
使用緩沖托輥的情形
圖2 使用緩沖托輥易造成溢料
(5)支承輥表面無彈性，長時間運行易粘附物
料，磨損皮帶，嚴重者會引起皮帶跑偏。
(6)支承輥長期受到沖擊，軸承和密封易失
效，造成輥體轉動不靈活或不轉動，磨損皮帶
表面。
3 緩沖床的優點
(1)是物料轉載點的最佳支承緩沖結構，由于
保證了輸送帶的面接觸，受力均勻，有效防止了由
于托輥斷裂或脫落造成的皮帶縱向撕裂，同時大
大降低了皮帶被物料或尖銳物體穿透后導致縱向
撕裂的概率。
(2)高彈性橡膠條可充分吸收物料下落沖擊
負荷，大大降低物料對輸送帶的沖擊，保護輸送帶
不被損壞。
(3)特殊的UHMW高分子聚乙烯表面使輸送
帶與緩沖條之間的摩擦系數最低，且耐磨性極好。
[上接第47頁]
緣，從而威脅系統安全，這是通用變頻器應用中可
能存在的隱患。因此，必須將這些功率消耗掉，
(可以用電阻發熱消耗)。
4 結語
現今的行車傳動控制系統集成了可編程控制
器、計算機通信和交流變頻傳動等技術，變頻器內
部的模塊化結構使行車傳動控制的可靠性、穩定
(4)可有效避免物料飛濺和散落(見圖3)。
(5)防松固定螺栓可確保緩沖條不松動。
(6)安裝簡單，維護方便。
緩沖床
圖3 使用緩沖床不能溢料
4 安裝調整與使用壽命
(1)緩沖條安裝支架有多種形式，如吊裝支
架、落地支架等，須根據現場具體情況而定。
(2)通過調整緩沖條前后支承托輥，使得在空
載條件下輸送帶與緩沖條表面的間隙為20mm。
(3)緩沖條的壽命因工況的不同而不等，一般
使用壽命為24～36個月。
5 結束語
目前八鋼焦化分廠、燒結分廠、蒙庫公司、焦
煤集團等多家單位已安裝使用了緩沖床，有效減
少了輸送帶的磨損和意外損壞，并改善了因物料
沖擊導致的輸送帶跑偏問題。
在使用過程中，有一個不確定的因素，就是輸
送帶的接頭的影響。對于不同粘接質量的接頭，
緩沖床對其的影響還有待觀察，但總體來說要優
于使用托輥的輸送帶。
(2011-07-27收稿)
性大大提高，也對故障維護提出很高的技術要
求。變頻器出現故障難以避免，判斷處理變頻器
故障必須運用變頻器的工作原理，并將原理合理
的綜合運用。對故障進行不合理的逐個板卡更
換，有時可以實現故障排除的目的，但有時會使故
障恢復時間延長，甚至擴大故障范圍，引起系統設
備更大損壞。
(2011—03-18收稿)
— ． 49—．

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