變頻器報OC故障維修思路分析
發(fā)布時間:2019-06-11 來源:銘濰電子 瀏覽次數(shù):
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OC故障信號的來源和實質(zhì)
本文深入論證一下OC信號的來源和實質(zhì),進而拓展我們的檢修思路。 OC故障在變頻器的所有故障中出現(xiàn)的頻率,是最高的。在起動過程中報警,在運行中報警,以至于上電即警示,還甚至以其它故障代碼或現(xiàn)象間接地告知你:該臺變頻器存在OC類的故障! 在變頻器說明書中對OC故障的說明,OC:過流故障;SC:短路故障。英威騰變頻器,會區(qū)別報出兩個故障,而其它變頻器,并不加以區(qū)別,則只報出一個OC故障。OL1、OL2、OC都屬于過流故障,前二者為輕度過流信號,但OC為重度過流信號,故障發(fā)生時需要最快的保護速度。說明書中,對OC故障大致有以下幾種解釋:負載側(cè)短路,運行電流大于兩倍以上時跳OC故障。有的變頻器不報OC故障,報出中文提示:變頻器輸出模塊短路,變頻器輸出端短路,變頻器過電流等。變頻器OC故障的具體故障原因是:1、負載過重;2、加、減速時間太短;3、逆變模塊損壞;4、驅(qū)動電路損壞等。 有的變頻器并不告知你故障的類別,當(dāng)有OC故障存在,開機會造成更大的危險時,則索性造成類似程序死機的表面現(xiàn)象,如英威騰的P9/G9系列機,當(dāng)開機檢測到模塊故障時,操作面板便出現(xiàn)H:00字符,所有按鍵操作均被拒絕。不明內(nèi)里的人會以為:程序死機了,是CPU主板出了問題。 還有的變頻器則更為有趣,當(dāng)別的故障原因(如過電壓)會導(dǎo)致運行中的模塊損壞時,或者說在此故障狀態(tài)下模塊運行具有潛在的危險時,即在停機狀態(tài),也會警示OC故障。如阿爾法ALPHA2000型機器,當(dāng)直流回路電壓檢測電路損壞,CPU檢測到危險的(高)電源電壓信號時,好像來不及報過電壓故障了,直接報OC故障得了,免得使用者對電源電壓過高的提示不在意,或者運行即可導(dǎo)致逆變模塊損壞! 一臺臺安N2型小功率機型,上電即跳UL或UU故障,拒絕操作。檢查三相電流互感器的信號,三路信號有嚴(yán)重偏差,起碼是已經(jīng)壞掉了兩只。但查該說明書的故障代碼表,無此兩種故障代碼,猜測這種代碼是廠方維修人員才能破解的密碼,不足為外人道的。是否也為間接地提示OC故障呢? 變頻器電路(程序)設(shè)計者的初衷是這樣的:當(dāng)上電檢測模塊已壞掉,或運行中出現(xiàn)危及模塊安全的因素甚至模塊已損壞時,會及時報出OC故障。其起因大致是負載側(cè)短路或過重負載導(dǎo)致了嚴(yán)重過電流,或變頻器因驅(qū)動不良或模塊本身損壞造成了過電流甚至短路現(xiàn)象,必須快速實施停護保護措施! 綜上所述,OC故障預(yù)警的實質(zhì)是:快速停機保護模塊,或運行有短路危險,或模塊已經(jīng)壞掉!不允許再開機運行。從保護上講,模塊在變頻器的“價值比重”如同顯像管、液晶屏在彩電中的價值,是不言而喻的;就產(chǎn)生OC故障后強制運行的危險性而言,輕者有可能損壞模塊,重者則有可能使設(shè)備爆炸造成嚴(yán)重的人身傷害!所以設(shè)計人員對模塊故障不能不做第一位的考慮!
撇開檢測電路損壞誤報的OC故障不說,還有的變頻器無“故障”,僅僅是電源電壓有稍許難以意料的偏差,或是某種干擾,也會頻報OC故障,而這種故障檢修起來,就更是不能從一般意義上OC故障成因著手,來進行檢修了。不“講理”地報OC故障,也應(yīng)該以“不講理”的思維方式,來破解OC故障背后的秘密了。
大部分變頻器是在啟動信號投入時,跳OC信號,此種情況往往是模塊并沒有損壞,而只是驅(qū)動電路存在異常使IGBT不能被良好驅(qū)動;有的是上電即跳OC信號,則可能是模塊或驅(qū)動電路本身故障,輸出電路檢測電路本身故障,或者是具有其它運行會危及模塊安全的因素(如過電壓),當(dāng)具有這種因素存在時,有的變頻器處理的措施是:操作顯示面板能調(diào)看和修改參數(shù),但不能進行運行操作;有的則是干脆拒絕所有操作,全面罷工算了。而在運行中報OC信號:則有以下三種可能: 1、屬于負載方面的異常:起動、運行、過程中都有可能報OC故障,一般為負載過重,負載有堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象,變頻器功率容量不足; 2、用戶對變頻器的運行參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng),如對恒轉(zhuǎn)矩負載錯誤設(shè)置為二次遞減轉(zhuǎn)矩負載,加、減速時間設(shè)置不當(dāng),尤其是對大慣性負載加、減速時間的設(shè)置?;蛘呤菍νC方式的處理不當(dāng)。更有甚者,是對保護參數(shù)的誤設(shè),如對變頻器或電機額定電流參數(shù)的誤設(shè)(保護動作值小于額定電流值),使設(shè)備在額定電流以下竟出現(xiàn)頻繁的過流報警停機,不能投入運行! 3、屬于變頻器本身的故障原因:往往為驅(qū)動電路的電源供電電容失效造成驅(qū)動不足,使CPU接收到由驅(qū)動電路內(nèi)部IGBT管壓降檢測電路報出的OC信號。 但三方面的原因可歸納為一點:運行狀態(tài)中有嚴(yán)重過電流的情況發(fā)生,因而報出OC信號!
一般來講,OC故障的來源有以下四個方面: 1、當(dāng)逆變模塊運行電流超大,達額定電流的2倍以上時,IGBT管子的管壓降上升到7V以上,由驅(qū)動IC返回OC過流信號,通知CPU,實施快速停機保護。OC報警在啟動和運行過程中報出; 2、從變頻器輸出端的三只電流互感器(小功率機型有的采用兩只),采集到急劇上升的異常電流后,由電壓比較器(或由CPU內(nèi)部電路)輸出一個OC信號,通知CPU,實施快速停機保護。信號在停機、啟動或運行狀態(tài)都有可能報出。停機狀態(tài)下,當(dāng)然沒有輸出電流信號,只能是電流檢測電路本身故障,向CPU誤報了一個“過流信號”; 3、IGBT管子已有或正在發(fā)生了短路性和開路性損壞,或IGBT性能不良導(dǎo)通內(nèi)阻增大。由驅(qū)動IC檢測到“極其異常的”管壓降,當(dāng)然IGBT開路時,C、E間會出現(xiàn)高達500V以上的管壓降了。OC故障在啟動過程中報出; 4、驅(qū)動電路不良,使IGBT不能被良好驅(qū)動,形成異常的管壓降,驅(qū)動電路報出OC故障,此故障在啟動過程中報出。
上述第四種原因,其危害程度最大,可能導(dǎo)致逆變模塊的炸裂。分析如下: 驅(qū)動IC雖未損壞,但驅(qū)動電路的異常導(dǎo)致了模塊異常的工作狀態(tài),驅(qū)動電路在此時報出OC信號,不但不算誤報,而且是非常及時和可表揚的。驅(qū)動IC的供電常采用正負雙電源的方式,其正電壓提供IGBT導(dǎo)通的激勵電流。其負電壓為IGTB管子的截止提供助力,強制拉出IGBT結(jié)電容的電荷,使其更為可靠和快速地截止。當(dāng)正電壓濾波電容(往往采用47uF或100uF電容,大功率機型也有采用330uF的)的容量大為減小時,IGBT管子因激勵不足,即使運行在額定電流以下,也呈現(xiàn)較大的管壓降,經(jīng)檢測電路處理,CPU報出OC故障;此際的故障表現(xiàn)為:變頻器空載或帶有極輕負載時,運行正常,稍微加載即報OC故障。 如果說正電壓濾波電容的失效會導(dǎo)致IGBT管子的激勵不足,而促使驅(qū)動IC報出OC故障,IGBT管子尚不存在較大危險的話,那么負電壓濾波電容的失效,則就危險得多了。在某一相上臂管子開通的同時,會將主回路正電壓跳變到下管的C極上,如果負壓鉗位不足(或負壓回路斷路),管子的結(jié)電容瞬時吸入電流有可能造成下臂管子的誤導(dǎo)通,其后果是兩只共通的管子對530V直流電源造成了短路!在此種情況下模塊極易炸裂!當(dāng)觸發(fā)端子開路,IGBT的觸發(fā)端子開路時,危害則更為直接,接受啟動信號,模塊非炸了不可。
上述都是報OC故障的“顯現(xiàn)象”,還有報OC故障的“隱現(xiàn)象”和似是而非的報OC現(xiàn)象,往往不被人注意。如下三例: 1、檢修一臺阿爾法變頻器,CNN1端子的第8腳為主回路直流電壓檢測信號輸出腳,正常時應(yīng)為3V左右,當(dāng)因電路損壞造成4V以上的“信號輸出”(相當(dāng)于三相交流輸入電壓達700V以上了)時,CPU認為危及模塊運行的安全了,于是不報過電壓故障,而是上電即警示OC,以引起用戶的注意。 這個OC實質(zhì)上是OU過電壓故障,以O(shè)U代OC,出于軟件設(shè)計者的考慮(和硬件電路結(jié)構(gòu)所限),只在上電瞬間報出。運行中報出的OC和OU,則恢復(fù)本來面目。 2、在對阿爾法小功率變頻器維修的過程中,發(fā)現(xiàn)該變頻器有一個通病——容易跳OC故障。其表現(xiàn)為:多在啟、停操作過程中跳故障,但有時也在運行中跳故障;有時候莫名其妙地又好了,能運行長短不一的一段時間。在以為已經(jīng)沒有問題的時候,又開始頻繁跳OC故障;空載時用表筆測量U、V、W輸出電壓時,易跳故障,但接入電機后起動運行,又不跳了,再過一陣子,接入電機還是跳OC故障。 最后查出故障原因竟然為5V供電偏低!CPU誤報OC故障。OC故障和+5V供電高低扯了上關(guān)系,實在是不多見啊。 3、修理一臺P9型英威騰機器時,檢查發(fā)現(xiàn):上電,操作面板顯示H.00,所有操作全無效,CPU拒絕所有操作。測量故障信號匯集處理電路U7-HC4044的4、6腳的過流信號,皆為負電壓,而正常時靜態(tài)應(yīng)為6V正電壓。順電流檢測電路往前查找,測電流信號輸入放大U12D的的8、14為0V,正常;U13D的14腳為-8V,有誤過流信號輸出。將R151焊開,斷開此路過流故障信號,操作面板的所有參數(shù)設(shè)置均正常。故障原因為上電后檢測到有過流信號,于是拒絕所有操作,出現(xiàn)“程序卡住”現(xiàn)象。 該機型以“程序卡住”、拒絕操作的方式,提示變頻器有OC故障存在!
從上文看來,好多電路和好多方面的原因都能使變頻器報出OC故障,但哪個故障檢測電路所報的OC信號更具有優(yōu)先權(quán)呢?就故障檢測電路來說,故障示警有沒個預(yù)警層次呢?從保護角度而言,數(shù)方面的因素只要是危及了模塊的安全,都會報出OC故障,正如上文所言。但在“報警行為”實施過程中,也可以看出一些預(yù)警層次。 1、驅(qū)動IC返回的OC信號是第一位的,如從J316的6腳、PC929的11腳、IPM模塊的OC信號檢出腳報出的信號。因是直接檢測模塊狀態(tài)的,所以只要CPU接收信號,CPU立即封鎖三相觸發(fā)脈沖的輸出,報出OC信號; 2、由三相輸出電流互感器報出的OC信號。此信號的報出有一個梯級過程:當(dāng)有過流現(xiàn)象發(fā)生時,對輕度過流,經(jīng)長延時處理和降低頻率等處理后,報過電流但不會報OC。對中度過流,經(jīng)較短時間延時和其它處理無效后,報過電流,仍不報OC。只有出現(xiàn)變化劇烈且幅值極大的電流檢測信號,則不經(jīng)延時,直接報出OC信號; 3、有些機型對過、欠壓的檢測處理也按類似于電流檢測一樣的梯級報警層次:如先報過電壓,并且伴有延時處理環(huán)節(jié)。當(dāng)檢測到極高電壓值時,才直報OC或OU; 4、英威騰P9/G9型機,間接顯示OC的過程,也有梯級報警層次:上電檢測到模塊或電流信號異常,拒絕所有操作;只檢測到溫度異常,可設(shè)參數(shù)值,但不能起停操作。 由此看來,據(jù)危害程度的不同,報各類故障的時間也有所差異。CPU對OC信號的檢測是直接停機保護或拒絕操作,越快越好,無時間延時處理;對其它危害程度較輕的故障信號,則有檢測、延時、預(yù)報警、報警停機保護和配合頻率調(diào)節(jié)以使過流現(xiàn)象消失等幾個環(huán)節(jié)。此為OC信號與其它故障信號在處理上的不同之處。 因而對變頻器的保護來說,OC故障信號的預(yù)警級別當(dāng)為紅色級。為最高故障保護級別。具有對其無條件執(zhí)行的最高優(yōu)先權(quán)。 因變頻器軟件編寫者的思路不同,而報警方式不一。當(dāng)變頻器“拐著彎兒”報警時,我們要靜下心來,配合故障信號處理電路的狀態(tài)檢測,找到故障代碼背后的“東西”,從而解決問題和排除故障。
轉(zhuǎn)載工控論壇--曠野之雪
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