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变频器OC故障分析

时期:2016-02-02 09:06:00 来源:研究中心

    变频器维修OC故障在变频器的所有故障中出现的频率,也许是最高的,最为频繁的。在起动过程中报警,在停机过程中报警,在运行中报警,以至于上电即警示,还甚至以其它故障代码或现象间接地告知你:该台变频器存在OC类的故障!
  OC故障预警的实质是:快速停机保护模块或运行有短路危险,模块已经坏掉!从保护上讲,模块在变频器的“价值比重”如同显像管在彩电中的价值,是不言而喻的;就产生OC故障后强制运行的危险性而言,勤部轻故障者有可能损坏模块,模块已坏再强制运行的话,则有可能使设备爆炸造成严重的人身伤害!所以设计人员对模块故障不能不做第一位的考虑!
  大部分变频器是在启动信号投入时,跳OC信号,此种情况往往是模块并没有损坏,而只是驱动电路存在异常或接受到误报警信号(但不排除有的机型是模块已经损坏);有的是上电即跳OC信号,则可能是模块已经坏掉,或者是具有其它运行会危及模块安全的因素,当具有这种因素存在时,有的变频器处理的措施是:操作面板能做其它参数设定工作,但不能进入操作运行;有的则是干脆拒绝所有操作,全面罢工算了。而在运行中的报OC信号:则有以下三种可能:
  1、属于负载方面的异常:起动、运行、停机过程中都有可能报OC故障,一般为负载过重或变频器容量不足;
  2、用户对变频器的运行参数不当,如对恒转矩负载错误设置为二次递减转矩负载,加、减速时间设置不当,尤其是对大惯性负载加、减速时间的设置。或者是对停机方式的处理不当。更有甚者,是对保护参数的误设,如对变频器或电机额定电流参数的减小性误设,使设备在额定电流以下竟出现频繁的过流报警停机,不能投入运行!
  3、属于变频器本身的故障原因:往往为驱动电路的电源供电电容失效造成驱动不足,使CPU接收到IGBT管压降过大的OC信号。
  但三方面的原因可归纳为一点:运行或停止状态中有严重过电流的情况发生或存在严重过电流的可能性,因而只有报出OC信号!
  一般来讲,OC故障的来源有以下三个方面:
  1、当逆变模块运行电流超大,达额定电流的3倍以上时,IGBT管子的管压降上升到7V以上时,由驱动IC返回过载OC信号,通知CPU,实施快速停机保护;
  2、从变频器输出端的三只电流互感器(小功率机型有的采用两只),采集到急剧上升的异常电流后,由电压比较器(或由CPU内部电路)输出一个OC信号,通知CPU,实施快速停机保护。
  3、IGBT管子已有或正在发生了短路性和开路性损坏。由驱动IC检测到“极其异常的”管压降,尤其是开路时管压降要大于大于7V的保护动作阀值。
  这是故障检测电路及驱动电路正常时,变频器OC故障的三个来源。原因为负载侧出现电机堵转等异常过负载现象,或变频器模块内的质量缺限、器件老化等造成。
  而由故障检测电路和驱动电路方面造成报OC故障的原因也有以下三方面:
  1、三相输出电流检测电路。当电流互感器的内电路损坏,使故障信号输出脚输出异常高的电压信号时,CPU以为运行电流大到已到短路程度了,赶快报OC信号吧;
  2、驱动IC损坏,如J316的6脚内场效应管子短路后,将6脚电压拉为故障检出状态的低电平,CPU要是再不报OC信号,那就不是CPU了;
  3、驱动IC虽未损坏,但驱动电路的异常导致了模块异常的工作状态,驱动电路在此时报出OC信号,不但不算误报,而且是非常及时和可表扬的。驱动IC的供电常采用正负双电源的方式,其正电压提供IGBT导通的激励电流。其负电压为IGTB管子的截止提供助力,强制拉出IGBT结电容的电荷,使其更为可靠和快速地截止。当正电压滤波电容(往往采用47uF或100uF电容,大功率机型也有采用330uF的)的容量大为减小时,IGBT管子因激励不足,即使运行在额定电流以下,也呈现较大的管压降,经检测电路处理,CPU报出OC故障;此际的故障表现为:变频器空载或带有极轻负载时,运行正常,稍微加载即报OC故障。
  如果说正电压滤波电容的失效会导致IGBT管子的激励不足,而促使驱动IC报出OC故障,IGBT管子尚不存在较大危险的话,那么负电压滤波电容的失效,则就危险得多了。在某一相上臂管子开通的同时,会将主回路正电压跳变到下管的C极上,如果负压钳位不足,管子的结电容瞬时吸入电流有可能造成下臂管子的误导通,其后果是两只共通的管子对主直流电源造成了短路!在此种情况下模块极易炸裂!无论是正电压或负电压滤波电容的失效,变频器都有可能报出OC故障
    以上是故障检测和驱动电路方面报OC故障的“现象”,还有报OC故障的“隐现象”和似是而非的报OC现象,往往不被人注意。如下三例:
  1、检修一台阿尔法变频器,CNN1端子的第8脚为主回路直流电压检测信号输出脚,正常时应为3.5V左右,当因电路损坏造成5V以上的“信号输出”(相当于三相交流输入电压达500V以上了)时,CPU认为危及模块运行的安全了,于是不报过电压故障,而是上电即警示OC,以引起用户的注意。
  2、在对阿尔法小功率变频器维修的过程中,发现该变频器有一个通病——容易跳OC故障。其表现为:多在启、停操作过程中跳故障,但有时也在运行中跳故障;有时候莫名其妙地又好了,能运行长短不一的一段时间。在以为已经没有问题的时候,又开始频繁跳OC故障;空载时用表笔测量U、V、W输出电压时,易跳故障,但接入电机后起动运行,又不跳了,再过一阵子,接入电机还是跳OC故障。
  无论怎么查找故障原因和进行故障检测电路逐一的排查,就是找不出故障原因,可能电路存在说不清道不明的某种干扰,但干扰的来源与起因又很难查找。莫非是启/停瞬间——逆变驱动模块的“加载和卸载”期间,导致了CPU供电的波动而跳故障吗?测量CPU供电为4.98V,很稳定,满足要求呀。后来偶尔将主板供电的4.98V调整为5.02V,再作起/停试验,故障竟然排除了!故障原因竟然为5V供电偏低!很见此故障的隐蔽之深。
  3、修理一台P9型英威腾机器时,检查发现:上电,操作面板显示H.00,所有操作全无效,CPU拒绝所有操作。测量故障信号汇集处理电路U7-HC4044的4、6脚的过流信号,皆为负电压,而正常时静态应为6V正电压。顺电流检测电路往前查找,测电流信号输入放大U12D的的8、14为0V,正常;U13D的14脚为负8V,有误过流信号输出。将R151焊开,断开此路过流故障信号,操作面板的所有参数设置均正常。故障原因为上电后检测到有过流信号,于是拒绝所有操作,先让变频器歇一会儿,待排除异常后才能操控。
  从上文看来,好多电路和好多方面的原因都能使变频器报出OC故障,但哪个电路更具有优先权呢?就故障检测电路来说,故障示警有没个预警层次呢?从保护角度而言,数方面的因素只要是危及了模块的安全,都会报出OC故障,正如上文所言。但在实施中,也可以看出一些预警层次。
  1、驱动IC返回的OC信号是第一位的,如从J316的6脚、PC929的11脚、IPM模块的OC信号检出脚报出的信号。因是直接检测模块状态的,所以只要CPU接收信号,立即封锁三相触发脉冲的输出,报出OC信号;
  2、由三相输出电流互感器报出的OC信号。此信号的报出有一个梯级过程:当有过流现象发生时,对轻度过流,经长延时处理和降低频率等处理后,报过电流但不会报OC。对中度过流,经较短时间延时和其它处理无效后,报过电流,仍不报OC。只有出现变化剧烈且幅值极大的电流检测信号,则不经延时,直接报出OC信号;
  3、有些机型对过、欠压的检测处理也按类似于电流检测一样的梯级报警层次:如先报过电压,并且伴有延时处理环节。当检测到极高电压值时,才直报OC;
  4、英威腾P9/G9型机,间接显示OC的过程,也有梯级报警层次:上电检测到模块或电流信号异常,拒绝所有操作;只检测到温度异常,可设参数值,但不能起停操作。 。

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