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變頻器OC故障的來(lái)源和實(shí)質(zhì)

發(fā)布時(shí)間:2008-11-02

中心論題:

  • OC故障預(yù)警的實(shí)質(zhì)是:快速停機(jī)保護(hù)模塊或運(yùn)行有短路危險(xiǎn),模塊已經(jīng)壞掉
  • 運(yùn)行中報(bào)OC故障信號(hào)表明運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)中有嚴(yán)重過(guò)電流的情況發(fā)生或存在嚴(yán)重過(guò)電流的可能性
  • 故障檢測(cè)電路及驅(qū)動(dòng)電路正常時(shí),變頻器OC故障的來(lái)源是過(guò)負(fù)載現(xiàn)象,模塊質(zhì)量缺陷或器件老化
  • 由故障檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路方面造成報(bào)OC故障的原因有內(nèi)電路損壞,驅(qū)動(dòng)IC損壞獲驅(qū)動(dòng)電路異常導(dǎo)致的模塊異常
  • 大致說(shuō)明故障示警的預(yù)警層次

解決方案:

  • 要重視OC故障“顯性”信號(hào),同時(shí)也要注意報(bào)OC故障的“隱現(xiàn)象”和似是而非的報(bào)OC現(xiàn)象
  • 了解故障示警的預(yù)警層次,及時(shí)排查OC故障

OC故障在變頻器的所有故障中出現(xiàn)的頻率,也許是最高的,最為頻繁的。在起動(dòng)過(guò)程中報(bào)警,在停機(jī)過(guò)程中報(bào)警,在運(yùn)行中報(bào)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(tái)變頻器存在OC類(lèi)的故障!

在變頻器說(shuō)明書(shū)中對(duì)OC故障的說(shuō)明,大致有以下幾種解釋?zhuān)贺?fù)載側(cè)短路,運(yùn)行電流大于兩倍以上時(shí)跳OC故障;變頻器輸出模塊短路;變頻器過(guò)電流;負(fù)載過(guò)大;加、減速時(shí)間太短等。有的機(jī)型中不以O(shè)C來(lái)標(biāo)注此類(lèi)故障,用負(fù)載側(cè)短路、變頻器過(guò)負(fù)載、有嚴(yán)重接地故障等來(lái)說(shuō)明,這當(dāng)然是OC故障的別名。

而有的變頻器并不告知你故障的類(lèi)別,當(dāng)出現(xiàn)OC故障,開(kāi)機(jī)會(huì)造成更大的危險(xiǎn)時(shí),則索性造成類(lèi)似程序死機(jī)的表面現(xiàn)象,如英威騰的P9/G9系列機(jī),當(dāng)開(kāi)機(jī)檢測(cè)到模塊故障時(shí),操作面板便出現(xiàn)H00字符,所有按鍵操作均被拒絕。不明內(nèi)里的人會(huì)以為:程序死機(jī)了,是CPU主板出了問(wèn)題。

還有的變頻器則更為有趣,當(dāng)別的故障原因會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的模塊損壞時(shí),或者說(shuō)如在此故障狀態(tài)下模塊運(yùn)行具有潛在的危險(xiǎn)時(shí),即在停機(jī)狀態(tài),也會(huì)警示OC故障。如阿爾法P2000型機(jī)子,當(dāng)主回路直流電壓檢測(cè)電路損壞,CPU檢測(cè)到危險(xiǎn)的電源電壓時(shí),干脆來(lái)不及報(bào)過(guò)電壓故障了,直接報(bào)OC故障得了,免得使用者對(duì)電源電壓過(guò)高的提示不在意!

一臺(tái)《臺(tái)安》N2型功率機(jī)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(hào),三路信號(hào)有嚴(yán)重偏差,起碼是已經(jīng)壞掉了兩只。但查該說(shuō)明書(shū)的故障代碼表,無(wú)此兩種故障代碼,猜測(cè)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?只待修復(fù)起來(lái)才能有個(gè)答案吧。

我猜測(cè)變頻器電路設(shè)計(jì)者的初衷是這樣的:當(dāng)上電檢測(cè)模塊已壞掉,或運(yùn)行中出現(xiàn)危及模塊安全的因素甚至模塊已損壞時(shí),會(huì)及時(shí)報(bào)出OC故障。其起因大致是負(fù)載側(cè)短路或過(guò)重負(fù)載導(dǎo)致了嚴(yán)重過(guò)電流,或變頻器因驅(qū)動(dòng)不良或模塊本身?yè)p壞造成的過(guò)電流甚至短路現(xiàn)象。

綜上所述,OC故障預(yù)警的實(shí)質(zhì)是:快速停機(jī)保護(hù)模塊或運(yùn)行有短路危險(xiǎn),模塊已經(jīng)壞掉!從保護(hù)上講,模塊在變頻器的“價(jià)值比重”如同顯像管在彩電中的價(jià)值,是不言而喻的;就產(chǎn)生OC故障后強(qiáng)制運(yùn)行的危險(xiǎn)性而言,勤部輕故障者有可能損壞模塊,模塊已壞再?gòu)?qiáng)制運(yùn)行的話,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(jì)人員對(duì)模塊故障不能不做第一位的考慮!

撇開(kāi)檢測(cè)電路損壞誤報(bào)的OC故障不說(shuō),還有的變頻器無(wú)“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(huì)頻報(bào)OC故障,而這種故障檢修起來(lái),會(huì)讓人撓頭的。

大部分變頻器是在啟動(dòng)信號(hào)投入時(shí),跳OC信號(hào),此種情況往往是模塊并沒(méi)有損壞,而只是驅(qū)動(dòng)電路存在異常或接受到誤報(bào)警信號(hào)(但不排除有的機(jī)型是模塊已經(jīng)損壞);有的是上電即跳OC信號(hào),則可能是模塊已經(jīng)壞掉,或者是具有其它運(yùn)行會(huì)危及模塊安全的因素,當(dāng)具有這種因素存在時(shí),有的變頻器處理的措施是:操作面板能做其它參數(shù)設(shè)定工作,但不能進(jìn)入操作運(yùn)行;有的則是干脆拒絕所有操作,全面罷工算了。而在運(yùn)行中的報(bào)OC信號(hào):則有以下三種可能:

   1、屬于負(fù)載方面的異常:起動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過(guò)程中都有可能報(bào)OC故障,一般為負(fù)載過(guò)重或變頻器容量不足;
   2、用戶對(duì)變頻器的運(yùn)行參數(shù)不當(dāng),如對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載錯(cuò)誤設(shè)置為二次遞減轉(zhuǎn)矩負(fù)載,加、減速時(shí)間設(shè)置不當(dāng),尤其是對(duì)大慣性負(fù)載加、減速時(shí)間的設(shè)置?;蛘呤菍?duì)停機(jī)方式的處理不當(dāng)。更有甚者,是對(duì)保護(hù)參數(shù)的誤設(shè),如對(duì)變頻器或電機(jī)額定電流參數(shù)的減小性誤設(shè),使設(shè)備在額定電流以下竟出現(xiàn)頻繁的過(guò)流報(bào)警停機(jī),不能投入運(yùn)行!
   3、屬于變頻器本身的故障原因:往往為驅(qū)動(dòng)電路的電源供電電容失效造成驅(qū)動(dòng)不足,使CPU接收到IGBT管壓降過(guò)大的OC信號(hào)。

但三方面的原因可歸納為一點(diǎn):運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)中有嚴(yán)重過(guò)電流的情況發(fā)生或存在嚴(yán)重過(guò)電流的可能性,因而只有報(bào)出OC信號(hào)!

一般來(lái)講,OC故障的來(lái)源有以下三個(gè)方面:
 
  1、當(dāng)逆變模塊運(yùn)行電流超大,達(dá)額定電流的3倍以上時(shí),IGBT管子的管壓降上升到7V以上時(shí),由驅(qū)動(dòng)IC返回過(guò)載OC信號(hào),通知CPU,實(shí)施快速停機(jī)保護(hù);
  2、從變頻器輸出端的三只電流互感器(小功率機(jī)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(gè)OC信號(hào),通知CPU,實(shí)施快速停機(jī)保護(hù)。
  3、IGBT管子已有或正在發(fā)生了短路性和開(kāi)路性損壞。由驅(qū)動(dòng)IC檢測(cè)到“極其異常的”管壓降,尤其是開(kāi)路時(shí)管壓降要大于大于7V的保護(hù)動(dòng)作閥值。

這是故障檢測(cè)電路及驅(qū)動(dòng)電路正常時(shí),變頻器OC故障的三個(gè)來(lái)源。原因?yàn)樨?fù)載側(cè)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)等異常過(guò)負(fù)載現(xiàn)象,或變頻器模塊內(nèi)的質(zhì)量缺限、器件老化等造成。

而由故障檢測(cè)電路和驅(qū)動(dòng)電路方面造成報(bào)OC故障的原因也有以下三方面:
 
  1、三相輸出電流檢測(cè)電路。當(dāng)電流互感器的內(nèi)電路損壞,使故障信號(hào)輸出腳輸出異常高的電壓信號(hào)時(shí),CPU以為運(yùn)行電流大到已到短路程度了,趕快報(bào)OC信號(hào)吧;
  2、驅(qū)動(dòng)IC損壞,如J316的6腳內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)管子短路后,將6腳電壓拉為故障檢出狀態(tài)的低電平,CPU要是再不報(bào)OC信號(hào),那就不是CPU了;
  3、驅(qū)動(dòng)IC雖未損壞,但驅(qū)動(dòng)電路的異常導(dǎo)致了模塊異常的工作狀態(tài),驅(qū)動(dòng)電路在此時(shí)報(bào)出OC信號(hào),不但不算誤報(bào),而且是非常及時(shí)和可表?yè)P(yáng)的。驅(qū)動(dòng)IC的供電常采用正負(fù)雙電源的方式,其正電壓提供IGBT導(dǎo)通的激勵(lì)電流。其負(fù)電壓為IGTB管子的截止提供助力,強(qiáng)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(jī)型也有采用330uF的)的容量大為減小時(shí),IGBT管子因激勵(lì)不足,即使運(yùn)行在額定電流以下,也呈現(xiàn)較大的管壓降,經(jīng)檢測(cè)電路處理,CPU報(bào)出OC故障;此際的故障表現(xiàn)為:變頻器空載或帶有極輕負(fù)載時(shí),運(yùn)行正常,稍微加載即報(bào)OC故障。
 
如果說(shuō)正電壓濾波電容的失效會(huì)導(dǎo)致IGBT管子的激勵(lì)不足,而促使驅(qū)動(dòng)IC報(bào)出OC故障,IGBT管子尚不存在較大危險(xiǎn)的話,那么負(fù)電壓濾波電容的失效,則就危險(xiǎn)得多了。在某一相上臂管子開(kāi)通的同時(shí),會(huì)將主回路正電壓跳變到下管的C極上,如果負(fù)壓鉗位不足,管子的結(jié)電容瞬時(shí)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(duì)主直流電源造成了短路!在此種情況下模塊極易炸裂!無(wú)論是正電壓或負(fù)電壓濾波電容的失效,變頻器都有可能報(bào)出OC故障。

以上是故障檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)電路方面報(bào)OC故障的“現(xiàn)象”,還有報(bào)OC故障的“隱現(xiàn)象”和似是而非的報(bào)OC現(xiàn)象,往往不被人注意。如下三例:

1、檢修一臺(tái)阿爾法變頻器,CNN1端子的第8腳為主回路直流電壓檢測(cè)信號(hào)輸出腳,正常時(shí)應(yīng)為3.5V左右,當(dāng)因電路損壞造成5V以上的“信號(hào)輸出”(相當(dāng)于三相交流輸入電壓達(dá)500V以上了)時(shí),CPU認(rèn)為危及模塊運(yùn)行的安全了,于是不報(bào)過(guò)電壓故障,而是上電即警示OC,以引起用戶的注意。

2、在對(duì)阿爾法小功率變頻器維修的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)該變頻器有一個(gè)通病——容易跳OC故障。其表現(xiàn)為:多在啟、停操作過(guò)程中跳故障,但有時(shí)也在運(yùn)行中跳故障;有時(shí)候莫名其妙地又好了,能運(yùn)行長(zhǎng)短不一的一段時(shí)間。在以為已經(jīng)沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候,又開(kāi)始頻繁跳OC故障;空載時(shí)用表筆測(cè)量U、V、W輸出電壓時(shí),易跳故障,但接入電機(jī)后起動(dòng)運(yùn)行,又不跳了,再過(guò)一陣子,接入電機(jī)還是跳OC故障。

無(wú)論怎么查找故障原因和進(jìn)行故障檢測(cè)電路逐一的排查,就是找不出故障原因,可能電路存在說(shuō)不清道不明的某種干擾,但干擾的來(lái)源與起因又很難查找。莫非是啟/停瞬間——逆變驅(qū)動(dòng)模塊的“加載和卸載”期間,導(dǎo)致了CPU供電的波動(dòng)而跳故障嗎?測(cè)量CPU供電為4.98V,很穩(wěn)定,滿足要求呀。后來(lái)偶爾將主板供電的4.98V調(diào)整為5.02V,再作起/停試驗(yàn),故障竟然排除了!故障原因竟然為5V供電偏低!很見(jiàn)此故障的隱蔽之深。

3、修理一臺(tái)P9型英威騰機(jī)器時(shí),檢查發(fā)現(xiàn):上電,操作面板顯示H.00,所有操作全無(wú)效,CPU拒絕所有操作。測(cè)量故障信號(hào)匯集處理電路U7-HC4044的4、6腳的過(guò)流信號(hào),皆為負(fù)電壓,而正常時(shí)靜態(tài)應(yīng)為6V正電壓。順電流檢測(cè)電路往前查找,測(cè)電流信號(hào)輸入放大U12D的的8、14為0V,正常;U13D的14腳為負(fù)8V,有誤過(guò)流信號(hào)輸出。將R151焊開(kāi),斷開(kāi)此路過(guò)流故障信號(hào),操作面板的所有參數(shù)設(shè)置均正常。故障原因?yàn)樯想姾髾z測(cè)到有過(guò)流信號(hào),于是拒絕所有操作,先讓變頻器歇一會(huì)兒,待排除異常后才能操控。

 

從上文看來(lái),好多電路和好多方面的原因都能使變頻器報(bào)出OC故障,但哪個(gè)電路更具有優(yōu)先權(quán)呢?就故障檢測(cè)電路來(lái)說(shuō),故障示警有沒(méi)個(gè)預(yù)警層次呢?從保護(hù)角度而言,數(shù)方面的因素只要是危及了模塊的安全,都會(huì)報(bào)出OC故障,正如上文所言。但在實(shí)施中,也可以看出一些預(yù)警層次。

1、驅(qū)動(dòng)IC返回的OC信號(hào)是第一位的,如從J316的6腳、PC929的11腳、IPM模塊的OC信號(hào)檢出腳報(bào)出的信號(hào)。因是直接檢測(cè)模塊狀態(tài)的,所以只要CPU接收信號(hào),立即封鎖三相觸發(fā)脈沖的輸出,報(bào)出OC信號(hào);

2、由三相輸出電流互感器報(bào)出的OC信號(hào)。此信號(hào)的報(bào)出有一個(gè)梯級(jí)過(guò)程:當(dāng)有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生時(shí),對(duì)輕度過(guò)流,經(jīng)長(zhǎng)延時(shí)處理和降低頻率等處理后,報(bào)過(guò)電流但不會(huì)報(bào)OC。對(duì)中度過(guò)流,經(jīng)較短時(shí)間延時(shí)和其它處理無(wú)效后,報(bào)過(guò)電流,仍不報(bào)OC。只有出現(xiàn)變化劇烈且幅值極大的電流檢測(cè)信號(hào),則不經(jīng)延時(shí),直接報(bào)出OC信號(hào);

3、有些機(jī)型對(duì)過(guò)、欠壓的檢測(cè)處理也按類(lèi)似于電流檢測(cè)一樣的梯級(jí)報(bào)警層次:如先報(bào)過(guò)電壓,并且伴有延時(shí)處理環(huán)節(jié)。當(dāng)檢測(cè)到極高電壓值時(shí),才直報(bào)OC;

4、英威騰P9/G9型機(jī),間接顯示OC的過(guò)程,也有梯級(jí)報(bào)警層次:上電檢測(cè)到模塊或電流信號(hào)異常,拒絕所有操作;只檢測(cè)到溫度異常,可設(shè)參數(shù)值,但不能起停操作。

由此看來(lái),據(jù)危害程度的不同,報(bào)各類(lèi)故障的時(shí)間也有所差異。CPU對(duì)OC信號(hào)的檢測(cè)是直接停機(jī)保護(hù)或拒絕操作,越快越好,無(wú)時(shí)間延時(shí)處理;對(duì)其它危害程度較輕的故障信號(hào),則有檢測(cè)、延時(shí)、預(yù)報(bào)警、報(bào)警停機(jī)保護(hù)和配合頻率調(diào)節(jié)以使過(guò)流現(xiàn)象消失等幾個(gè)環(huán)節(jié)。此為OC信號(hào)與其它故障信號(hào)在處理上的不同之處。

因而對(duì)變頻器的保護(hù)來(lái)說(shuō),OC故障信號(hào)的預(yù)警級(jí)別當(dāng)為紅色級(jí)。為最高故障保護(hù)級(jí)別。具有對(duì)其無(wú)條件執(zhí)行的最高優(yōu)先級(jí)。

 

 

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