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变频器修理的基本方法


《电气与电控》 / 2012-06-09

    变频器修理的基本方法


    变频器是一种综合性的高科技电子产品。它涉及微电子、电子、电力电子三块领域,具有结构复杂的硬件电路和软件程序,专业性很强。同时,各地区、各国家、各品牌、各型号的变频器设计思维、电路结构、工艺特色各不相同。东南亚地区生产的变频器和西欧北美地区生产的变频器差异很大。特别是,几乎所有的变频器生产厂商,仅可能提供其外部接线和控制电路原理图,而对修理至关重要的变频器内部详细的原理图却几乎没有。


    这些为变频器的修理带来极大的挑战。对于一般用户,主要是变频器的维护和简单故障的处理,进行常规的日常检查和定期检查,属维护保养性质。维修也只是局限于找出故障单元或模块,更换电路板、模块、电解电容、继电器、冷却风机等一些直观性的维修。具有一定基础的用户E3Z-T61 2M BY OMC,可进而根据故障现象,对电路板上的电路和元件进行分析检查,解决故障问题。对于专业修理技术人员,硬件、破坏性故障基本上都能排除,使变频器恢复正常。软件破坏性故障通常只能送交生产厂商作恢复处理。


    修理变频器是一门技术,要具有较高的修理水平,必须做到掌握变频调速技术的基本理论和变频器的工作原理(细分到各部分电路的工作原理),并实践中积累经验。


    (1)修理变频器的理论准备工作。变频器是一种牵涉知识面较宽、专业性较强、科技含量较高的较复杂的电子产品。修理变频器,仅靠实践,凭经验,只能解决一般性的简单故障。变频器的修理水平要达到一定高度是较困难的。只有努力学习,掌握变频器的相关理论知识,理论分析与修理经验相结合,才能达到较高的修理水平。


    变频器的修理人员应学习和掌握以下几方面的理论知识:


    1)异步电动机基本工作原理。异步电动机的变频调速控制理论依据、机械性能、控制要求和方法,异步电动机制动的相关知识。


    2)变频器的基本构成。变频器内部电路的基本功能,逆变电路的基本工作原理。


    3)变频器U/f控制方式、转差频率控制方式和矢量控制方式的基本原理,以及各种控制方式的特点和优缺点。


    4)变频器主回路的结构EE-SX670P。包括整流电路、逆变电路、直流中间电路、制动电路等。变频器控制电路的基本结构包括主控制电路、驱动电路、信号检测电路、保护电路、外接口电路、数字操作盘等。


    5)变频器的主要功能。系统具有的功能:频率设定功能、保护功能、状态监测功能及其他功能。


    6)变频器的安装、调试和使用方法。


    (2)修理变频器的主要检测仪器。在变频器修理过程中,经常需测量一些参数,如输入/输出电压、电流,主回路直流电压,各电路点的电压,驱动信号的电压与波形等。根据参数和波形情况来分析、判断故障所在。最基本的仪器设备有指针式万用表、数字式万用表、示波器、频率计、信号发生器、直流电压源、驱动电路检测仪、电动机带负载等。


    1)输出电压不要用数字万用表测量。数字式万用表的交流电压挡,设计时用以测量50Hz的正弦波信号的电压。它是首先对被测量电压进行采样,然后模/数转换,再由芯片进行相关处理,数字显示被测电压的数值。


    由于变频器的输出电压是由PWM调制过的系列脉冲波,电压的平均值是通过脉冲占空比来进行调节的。而数字式万用表采样的信号正是系列脉冲的峰值,峰值是不变的,故数字式万用表电压挡不可能准确地测出系列脉冲波的平均值。


    同时,变频器的载波频率为1.5—15kHz,这样的频率将导致采样和模/数转换工作紊乱,也就不可能测出正确的变频器输出电压值。


    2)示波器主要用来观察各相关电路中,PWM信号的波形和变频器的输出波形。


    3)信号发生器要选择具有方波波形输出的型号,在检查驱动电路是否正常工作时E52-CA1D M6 2M,以方波来代替PWM信号的。


    4)直流电压源的制作可用已无修理价值,但主回路中的整流和平滑电路又正常的变频器作废物利用,也可自己装置专用直流电压源。


    5)驱动电路检测仪。它与示波器配合,用来查寻驱动电路故障的专用仪器。使用这种驱动电路检测仪后,可以把驱动电路从变频器机内取出,单独对驱动电路进行检测,修理起来很方便。


    6)通信接口电路检测仪。变频器除用操作面板控制和外部控制外,在许多情况下,变频器的控制是通过PLC或其他上位机进行。通信接口电路的故障时有发生,通过通信接口电路检测仪,来检查通信接口电路,是否正常。或修理后,是否恢复正常。


    7)电动机带负载。变频器的一些故障,如过电流故障、过电压故障、过热故障等,电动机空载是反映不出的,修理过的变频器通过电动机带负载运行以后,方能鉴定出是否排除了所有故障。


    8)红外线测温仪14PFA。用以测量变频器内相关部分和部件在运行过程中的实际温度。    


    (3)变频器修理的通常方法。变频器的修理既有修理一般电子产品的共性,又有变频器的特性。电子产品的修理通常采用逐步缩小法、顺藤摸瓜法或直接切入法。


    所谓逐步缩小法,就是通过对故障现象进行分析,对参数进行测量,然后作出判断,把故障产生的范围一步一步地缩小,最后落实到故障产生的具体电路或元器件上。实质上是一个肯定、否定、再肯定、再否定,最后做到肯定(判定)的判断过程。


    例如,一台变频器通电后,发现操作盘上无显示。首先判断肯定是无直流供电(可用万用表测量其直流电源电压,进一步证实),发现高压指示灯是亮的(测量PN电压进一步证实),否定主回路高压电路有故障,肯定是开关电源有问题。测得其他电路的直流电压正常,否定整个开关电源的问题,肯定了开关电源中给操作盘供电的一路电源有问题。测该路电源的交流电压正常,无直流输出,则可以断定是该电源电路的整流管元件损坏。


    这个例子是典型的逐步缩小法。它的整个过程,就是通过分析和参数测量,判断、肯定、否定几个回合,最后判断肯定是整流元件损坏。


    顺藤摸瓜法也是一种寻找故障产生处的方法。


    例如,一台变频器输出电压三相不平衡。这种故障显然是由两种可能性造成。一种可能是,逆变桥内6个单元,至少有一个单元损坏(开路)。另一种可能是,6组驱动信号中,至少有一组损坏。假设,已确定有一个逆变单元输入端上无驱动信号。进一步确定驱动电路中故障产生处MM4XP DC100/110,可采用顺藤摸瓜法来寻找。


    具体到这个例子,可从上而下地查。即从驱动信号的源头,也就是CPU的输出起,往下查。


     可判断出驱动电源有问题,或放大管或相关元件损坏,然后进一步落实就很容易了。


    也可以从下而上地查。即从驱动信号最后点,就是逆变元件的输入端往上查。
   
    对于基本原理、各电路工作原理的作用,各元器件的作用等,理论方面掌握的比较扎实,又有丰富的修理经验,修理水平较高的人员,通常采用直接切入法。


    明确了变频器的故障现象以后,不是先忙于动手,而是先思考。根据故障现象,进行理论分析。结合修理经验,直接判断故障发生处。在该处再核实判断,或更换元件或处理线路,准确、快速地修理好。有志于变频器修理工作者,只要不断地学习,不断地实践,都能达到较高的修理水平。


    变频器修理有其特殊性,通常可以按下列步骤进行:


    (1)第一步:测量。修理变频器的第一步,首先要对变频器进行静态参数的测量。对静态参数测量后,确定该变频器的整流模块和逆变模块是否损坏。这是与修理其他电子产品不同的地方。变频器中的整流模块和逆变模块是主回路里的大功率、高电压、价格最高昂的元器件。初测可以判断变频器的损坏程度。若整流模块、逆变模块损坏的就属于大故障(这里所说的大故障,是指变频器的损坏程度大,并非是故障难排除)。


    更重要的是,若逆变模块、整流模块损坏后,不允许再接通电源。不然,往往会发生严重后果,修理人员切勿疏忽。


    测出逆变模块D4MC-5040、整流模块已损坏,不再接通电源。直接拆下相关部件,直至可以拆卸、重新安装逆变模块、整流模块,分析、判断模块损坏的原因。经修理恢复正常后,更换新模块,作进一步的修理工作。切忌未找出损坏原因,未作任何处理,就直接更换模块。否则,往往会继续损坏模块。


    (2)第二步:通电。变频器经过测量,整流模块、逆变模块都正常的情况下,第二步接通电源。接通电源几秒钟,认真观察高压指示灯是否亮;是否听到继电器的动作声音(有些变频器用晶闸管,无此声);操作盘是否有显示;查看操作盘内存储的历史故障显示。试运行,测量输入、输出电压等。根据这一过程中的各种现象,可以初步确定变频器故障的范围。


    (3)第三步:清洗。通过上述过程,对变频器的故障初步确定后,不要急于着手修理。应该拆卸大部件,然后进行清洗工作。除掉尘埃,特别是冷却风扇和散热板的风导处。除油污,重点是冷却风扇、主控板、驱动板等部件。通常用工业酒精清洗,清洗后擦干。


    (4)第四步:更换易老化元件。整个变频器已经清洗干净后,仍然不要去修理。国内的变频器用户绝大部分只使用不保养,没有做到日常检查和定期检修。因此,一些易老化变质的元件可能已老化,或接近于老化。这些都是变频器故障发生的原因之一,或者将由这些老化元件造成的潜在故障。在修理实践中,会出现一些故障,从理论上讲似乎与这些老化元件没有直接关系,但将其更换之后,故障就消失,变频器恢复正常。


    这些易老化元件主要是指低压电源滤波电容。表面有异常,或使用一年以上的变频器,最好全部更换新的。


    1)主回路滤波电容表面有异常,或测量其容量下降到85%左右,或已使用5年左右,必须更换新的。


    2)冷却风扇运行时有异常声音、异常振动或已使用2年左右,需更换。


    3)继电器触点有氧化、发黑现象,或开关次数已接近极限,需更换。
 

    4)功率电阻表面已发黄,或阻值与标准阻值相差较大,要更换新的。


    (5)第五步:故障诊断。这足修理的主要内容,是花精力最多的工作。根据故障现象进行分析、测量、检查等工作,最后把故障发生处确定出来。具体可采取前面介绍过的几种方法。


    (6)第六步:问题的处理。当故障发生处已确定,具体处理问题,主要是更换损坏的元器件RM4-TR32。这里要注意是,更换元器件既要坚持原则,又要灵活处理。


    更换的新元件最好用原品牌、原规格、原参数的器件。但由于目前变频器的品牌型号实在太多,有许多元器件在国内市场难以买到。所谓坚持原则,是更换元件时尽量选用与旧元件相同品牌、规格参数的元件。灵活处理,是指可用其他品牌(或国产或自制)参数相同或相近(不影响使用)的元件更换。


    更换元器件还具有技术性的灵活性。例如,主回路中的限流电阻只是在接通电源时,为了减少平滑电容的充电电流。当电压升到一定值,充电电流较小时,这个限流电阻是要被短接的。通常是用继电器触点动合和晶闸管导通,来短接限流电阻。在修理变频器过程中,可以灵活地将继电器和晶闸管相互替代。


    假设一台变频器原来用的是晶闸管来短接限流电阻的,而晶闸管损坏,一时不易买到。就可以考虑用继电器来取代它。具体处理时,要注意改变控制信号和空间等问题。


    还有一些变频器的整流、逆变、晶闸管制作在同一模块中,如果这三种元件仅有一种元件损坏,为了节省修理成本,可以把损坏的一种元件在模块外面用类似的元件取代。如晶闸管损坏,可以在模块外面用晶闸管或继电器取代,能达到同样的效果。


    (7)第七步:试运行。变频器修理完毕,一定要通电试运行,而且最好用电动机带负载运行。在试运行中,检查各种数据,主要指三相输出电压、电频比是否符合要求;检查各种功能是否正常。在一切正常的情况下,运行0. 5h以上。


    (8)第八步:总结。详细地填写修理单。修理单内容主要有:变频器品牌机号,故障内容,内部故障原因,故障处理内容(更换元稀件、电路处理情况等),备注等。对于遇到新问题和特殊情况,详细地把故障现象、故障诊断处理、体会记下来,以便今后遇到同样问题,少走弯路,提高修理效率。
 

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