集装箱装卸起重机用安川变频器常见故障分析与处理

1 引言
福州青州港区新购进的1台桥式起重机（以下简称QC）与6台轮胎式龙门起重机（以下简称RTG），都是使用安川变频器驱动。虽然型号各异，（有6R6CR5、616G5、616H5等），但其主回路都一样，只是控制板与驱动板不一样，所以了解变频器的结构、主要器件的电气特性和常用参数的作用及常见故障排除，对于实际工作越来越重要。现根据笔者随机调试及维修保养时的经验进行介绍，为该类设备的运行提供参考。转载于 无忧论文网
2 安川变频调速结构及其工作原理
根据n=120f/p（其中n=电机转速、f=电机定子侧供电频率、p=电机极对数）可知，在异步电动机的极对数不变情况下，只要改变电源频率f，就可以实现对异步电动机的调速。在集装箱装卸起重机上，给异步电动机供电（电压、频率可调）的主回路中包含有安川变频器，该变频器工作形式为交-直-交，而给变频器提供各种控制信号的回路称为控制回路，如图1所示，其包括以下几个部分：
（1） 整流桥：使三相交流电UAC经过整流变成直流电UDC。
（2） 充电抑制电阻R1：据公式i=（UAC-UDC）/r可知，因r为整流桥等值电阻很小，因此充电电流I变成很大。为了防止电解电容被击穿，必须加装充电抑制电阻R1与旁路接触器MC，由此起限流作用。
（3） 旁路接触器MC：当电容充电达到80%时，MC闭合，将R1旁路，所以说该元件必须定期保养。
（4） 滤波电容C：具有储能功能，寿命可达5~8年，当电网电压跌落30%时，可以维持电容两端电压UC达到10s供变频器工作；当电网电压跌落50%时，可以维持电容两端电压UC达到2s供变频器工作。
（5） 充电指示灯：当充电电压达到27V以上，该指示灯会亮，所以在切断变频器电源后，还应等该指示灯完全熄灭时，才可以维修变频器内部元件，以免触电。
（6） 逆变回路（桥）主器件（IGBT）：全称为大功率双极性绝缘栅场效应馆，包括栅极、源极、漏极，其特点为电压控制器件，门极触发功率低、开关频率高、特性抑制性好，即通态压降、断开漏电流都很小，寿命可达20年。
（7） IGBT的两端并联一个阻容吸收回路，可以抑制高频谐波，因为电动机是感性负载，di/dt不允许变化很快。
（8） 电流互感器CT采集主电路电流，作为电流调节器ACR使用，当发生过载等异常时，为了防止异步电动机和逆变器损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
（9） 主控板：为32位微处理器，将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（10） 驱动板：为驱动逆变器主器件IGBT的电路，其与控制电路隔离，控制IGBT的导通、关断，如果IGBT损坏了，一般说连带的驱动板也会损坏。
（11） 速度检测器PG：为脉冲编码器，装在异步电动机输出轴上，采集速度信号，连接到变频器内部PG卡，把速度传给运算回路，使电动机按给定指令运转。
（12） I/F通讯板：专为输入输出信号与变频器更好地人机交换，包括各种内部参数的输入。
3 安川变频器常见故障分析与处理
安川变频器在电气柜门上安装有手操作器，会显示各种参数值及发生的故障代码，现根据我们的经验分析如下：
（1） 变器显示OC即过流，其具有瞬间记忆功能，人为不可设定，主要用于逆变器负载侧短路等，流过逆变器器件的电流达到额定电流2.7~3倍时,瞬时停止逆变器运转,并切断电源;变流器的输出电流达到异常值,也将同样停止逆变器运转。具体处理可按以下逐项检查：
① 加速时间是否太短；
② 力矩提升参数是否太大；
③ 负载外部是否短路、是否过重。比如小车机构有两台电机拖动，其中一台坏了，另一台就可能出现过流；
④ PG检测回路是否异常，包括PG卡及脉冲编码器；
⑤ 电流互感器是否异常；
⑥ 主功率器件IGBT是否异常；
⑦ 如果以上都没问题，可以断开输出侧的电流负感器和直流检测点，复位后运行，还出现过流，很可能是主控板或触发板出现故障。
（2） 变频器显示OL即过载，主要用于逆变器输出电流超过额定值，且持续流通超过规定的时间，为了防止逆变器器件、电线等损坏，要停止变频器工作。具体分以下三种：
① 电流超过额定电流150%且持续60s，就报OL1故障，说明电机过载；
② 电流超过额定电流180%且持续10s，就报OL2故障，说明变频器过载；
③ 电流超过额定电流200%且持续5s，就报OL3故障，说明系统过载，也就是钢结构力矩保护。
不管哪一种过载，都是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生，所以说对于已经投入运行的变频器出现的故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器出现这种故障，很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。比如一台新安装的变频器，其驱动的是一台额定参数是220V/50Hz的变频电机，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，导致电机运行一段时间后出现磁饱和使电机转速降低、发热而过载。
（3） 变频器显示GF即负载对地短路，其具有瞬态功能，也就是三相相电流偏差大于50%额定电流。具体原因有以下几种：
① 电机绝缘不好或三相相间不平衡；
② 变频器异常，主要为控制回路部分。
（4） 变频器显示OH即变频器过热，可分为OH1与OH2。原因分析如下：
① 变频器柜内部两套风机是否异常；
② 环境温度过高否；
③ 频繁过载否；
④ 热敏检测器件是否粉尘过多等异常现象。
（5） 变频器显示OS即超速，分硬件与软件超速，设定值分别为额定转速的115%与110%，此时应检查PG反馈正常否。
（6） 变频器显示UV即欠压，也就是说检测出直流母线电压故障。一般设计者在设计变频器的启动电路时，为了减少变频器的体积而选择小限流电阻R1，其阻值在10~50Ω、功率为10~50W。当变频器的交流侧输入电源频繁接通或者旁路接触器MC的触点接触不良,都会导致限流电阻R1烧坏而出现欠压故障。另外还有其它可能：
① 能量回馈装置异常；
② 驱动板检测异常；
③ 若实际欠压，可用参数U1-07中DC BUS来监测。
（7） 变频器显示OV即过压，也就是直流母线DC BUS电压超过容许值，具体原因分析如下：
如果变频器驱动大惯性负载，尤其重载下放，逆变器使电机快速减速时，即再生制动过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机变频器处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”，变频器直流侧会超过直流母线的最大电压而跳闸。
其处理方法：可以采取停止变频器运转或停止快速减速方法，防止过电压，此时应将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加家制动单元。当然在QC中，还应检查能量回馈单元（CONVERTER）；也有可能网侧容量不够，即高压侧变压器容量不够，容易产生系统谐振。
（8） 变频器显示PGO即速度检测开路，应检查脉冲编码器及PG卡。
（9） 变频器无故障显示，但不能高速运行。我公司曾有一台RTG大车机构变频器运行正常，就是电机无法达到高速运行，经检查INVERT无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，经上电运行测试，INVERT直流母线电压只有450V左右（正常值为580~600V），再测输入侧，发现缺一相，故障原因是输入侧一相接触不良造成。造成输入缺相不报警仍然在低频段工作，是因为该变频器母线电压下限是400V，当母线电压降至400V以下时，变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时，直流母线电压为380V×1.2=452V,大于400V,在变频器不运行时,由于平波电容的作用,直流电压也可达到正常值,所以变频器不会报故障。而变频器采用PWM控制技术,调压调频的工作在逆变桥完成,因此在低频段输入缺相仍可以正常工作,但因输入电压、输出电压低，造成电机转矩低，频率上不去，就无法高速运行。
4 结束语
采用安川变频器作为集装箱装卸起重机上异步电机驱动器，尽管其可靠性高，但如果使用不当或偶发事件，也会造成变频器损坏。要想在生产过程中，使用好变频器，熟悉变频器的结构原理，了解常见故障及其分析方法，对从事设备人员尤为重要。