Анализ 8 основных причин неисправностей частотного преобразователя и мер по их предотвращению

Thread Content

Частотный преобразователь состоит из главной цепи, цепи питания, цепей управления и защиты IPM, охлаждающего вентилятора и других компонентов. Его структура часто бывает унифицированной или модульной. Из-за неправильного способа использования или нерациональных условий эксплуатации может произойти некорректная работа преобразователя частоты и его поломка, либо он не сможет обеспечить ожидаемых результатов работы. Чтобы предотвратить проблемы заранее, крайне важно тщательно проанализировать причины неисправностей. 1. Анализ распространенных неисправностей в основной цепи. Основная цепь состоит в основном из трехфазного или однофазного моста выпрямления, конденсаторов для сглаживания напряжения, фильтрующих конденсаторов, инверторного моста типа IPM, резисторов ограничения тока, контакторов и других компонентов. Многие из этих распространенных неисправностей вызваны электролитическими конденсаторами. Срок службы электролитической конденсатора в основном определяется постоянным напряжением, подаваемым на её клеммы, и внутренней температурой. При проектировании цепи уже выбирается тип конденсатора, поэтому именно внутренняя температура играет решающую роль в сроке его службы. Электролитические конденсаторы напрямую влияют на срок службы частотного преобразователя: как правило, с каждым повышением температуры на 10°C срок службы сокращается вдвое. Поэтому, с одной стороны, при установке необходимо учитывать соответствующую температуру окружающей среды, а с другой — можно принять меры для снижения пульсирующего тока. Использование реакторов переменного или постоянного тока для улучшения коэффициента мощности позволяет снизить колебания тока, тем самым увеличивая срок службы электролитических конденсаторов. При техническом обслуживании конденсаторов для оценки степени износа электролитических конденсаторов обычно используется показатель электростатической емкости, который легко измерить. Если электростатическая емкость составляет менее 80% от номинального значения, а импеданс изоляции — менее 5 МОм, то следует рассмотреть возможность замены электролитического конденсатора. 2. Анализ типичных неисправностей в основной цепи. Симптомы неисправности: перегрузочный отключение преобразователя частоты при ускорении, замедлении или нормальной работе. Сначала необходимо определить, вызвано ли это нагрузкой или проблемами с частотным преобразователем. Если проблема заключается в неисправности частотного преобразователя, можно посмотреть исторические данные о токе в момент отключения. Если этот ток превышает номинальный ток преобразователя или установленное значение электронного термореле, а напряжение и ток на всех трех фазах находятся в равновесии, то следует рассмотреть возможность перегрузки или внезапных изменений, таких как заедание двигателя. При большом инертном моменте нагрузки можно соответственно увеличить время ускорения; этот процесс не причиняет вреда самому частотному преобразователю. Если ток при отключении находится в пределах номинального тока преобразователя частоты или установленных значений электронного термореле, можно сделать вывод о неисправности модуля IPM или соответствующих его компонентов. Во-первых, можно определить, поврежден ли модуль IPM, путем измерения сопротивлений в обоих направлениях между выходными контактами основной цепи преобразователя частоты U, V, W и контактами P, N на постоянном токе. Если модуль не поврежден, проблема в схеме управления. Если при замедлении происходит переток тока в модулях IPM или прерывается работа частотного преобразователя из-за короткого замыкания на землю, это обычно свидетельствует о неисправности модулей верхнего моста инвертора или его схем управления. Если же при ускорении происходит переток тока в модулях IPM, то это указывает на неисправность модулей нижнего моста или его схем управления. Причинами таких неисправностей часто являются попадание внешней пыли внутрь частотного преобразователя или высокая влажность в окружающей среде. 3. Анализ неисправностей управляющей цепи. На срок службы преобразователя частоты влияет блок питания, а также конденсаторы для сглаживания напряжения и буферные конденсаторы на плате IPM. Принцип работы этих конденсаторов такой же, как и ранее описанный. Однако ток, проходящий через эти конденсаторы, имеет постоянное значение и практически не зависит от нагрузки в основной цепи. Поэтому срок службы этих конденсаторов определяется в основном температурой и временем работы устройства. Поскольку конденсаторы припаиваются к плате, определить степень их износа по измерению емкости электростатического поля довольно сложно. Обычно для оценки того, приближается ли конденсатор к концу срока службы, учитываются температура окружающей среды и время его эксплуатации. Плата питания обеспечивает электроэнергией контрольные цепи, схемы управления IPM, дисплеи для управления с поверхности, а также вентиляторы. Это питание обычно представляет собой постоянное напряжение, вырабатываемое в основной схеме; оно затем преобразуется с помощью преобразователей напряжения. Следовательно, при коротком замыкании в какой-либо цепи питания, помимо повреждения самой схемы выпрямления в этой цепи, это также может повлиять на питание других компонентов. Например, в результате ошибочных действий контрольная цепь питания может быть соединена с общей землей, что приведет к повреждению блока преобразователя напряжения на плате питания. Короткое замыкание в цепи питания вентилятора также может привести к отключению питания других компонентов. Обычно это легко обнаружить, осмотрев плату питания. Плата логического управления является сердцем преобразователя частоты. В ней сосредоточены такие компоненты, как CPU, MPU, RAM, EEPROM и другие крупномасштабные интегральные схемы. Благодаря этому плата обладает высокой надежностью; вероятность возникновения неисправностей в ней крайне мала. Однако иногда при включении устройства все контрольные выводы могут одновременно замкнуться, что приводит к неисправности EEPROM. В таком случае достаточно лишь сбросить параметры EEPROM. Плата IPM содержит схемы управления и буферизации, а также схемы защиты от перенапряжения и недостатка напряжения. Сигнал PWM, поступающий с платы логического управления, через оптоизолятор передает сигнал управления напряжением в модуль IPM. Поэтому при проверке работы модуля необходимо также измерять параметры оптоизолятора, расположенного в модуле IPM. 4. Система охлаждения. Система охлаждения в основном включает радиаторы и вентиляторы охлаждения. Срок службы охлаждающего вентилятора довольно короткий; по мере приближения к концу срока его службы вентилятор начинает вибрировать, уровень шума увеличивается, и в конечном итоге он перестает работать. В таких случаях преобразователь частоты выключается из-за перегрева IPM. Срок службы вентилятора охлаждения, зависящий от подшипников, составляет примерно 10 000–35 000 часов. Когда преобразователь частоты работает непрерывно, вентилятор или подшипники необходимо заменять каждые 2–3 года. Для увеличения срока службы вентилятора в некоторых моделях он работает только тогда, когда работает преобразователь частоты, а не при включенном питании. 5. Внешние электромагнитные помехи: если вокруг преобразователя частоты находятся источники помех, они могут проникнуть внутрь преобразователя через излучение или кабели питания. Это может привести к неправильной работе контрольных цепей, к нарушению нормальной работы устройства или к его остановке. В серьезных случаях это даже может привести к повреждению преобразователя частоты. Конкретные способы снижения воздействия шумов включают следующее: на контрольные катушки всех реле и контакторов, расположенных вокруг преобразователя частоты, необходимо установить устройства для поглощения импульсных напряжений, такие как RC-фильтры. Длина проводов должна быть не более 20 см. Также важно сократить длину проводов в контрольных цепях и разделить их от основной цепи. Расстояние между жилами проводов в контрольных цепях должно составлять не менее 15 мм, а расстояние от них до основной цепи — не менее 10 см. Если преобразователь частоты находится на большом расстоянии от двигателя (более 100 м), то необходимо увеличить площадь поперечного сечения проводов, чтобы падение напряжения не превышало 2%. Кроме того, следует установить реактор на выходе преобразователя частоты для компенсации тока зарядки дисперсионной емкости, возникающей из-за большой длины проводов. Терминалы заземления преобразователя частоты должны быть заземлены в соответствии с установленными правилами. Они должны надежно соединяться с специальными точками заземления; их нельзя использовать одновременно с точками заземления для сварочного оборудования или других двигателей. На входе преобразователя устанавливаются фильтры радиопомех, которые снижают уровень высокочастотных гармоник на входе, тем самым уменьшая воздействие помех от электропитающих линий на электронное оборудование. Также на выходе преобразователя устанавливаются фильтры радиопомех, чтобы снизить уровень шума на выходных линиях. 6. Условия установки. Частотный преобразователь является электронным устройством, и в его инструкции подробно указаны требования к условиям установки и эксплуатации. В особых случаях, когда невозможно соблюсти эти требования, необходимо применять соответствующие меры по снижению воздействия негативных факторов. Вибрации являются основной причиной механических повреждений электронных устройств; в условиях сильных вибраций следует использовать такие средства защиты, как резина. Влага, коррозионные газы и пыль могут привести к ржавчине, нарушению контактов и снижению изоляции, что в свою очередь может вызвать короткое замыкание. В качестве мер предосторожности необходимо обеспечить защиту платы от коррозии и пыли, а также использовать закрытую конструкцию устройства. Температура также является важным фактором, влияющим на срок службы и надежность электронных устройств, особенно полупроводниковых устройств. Следует устанавливать системы кондиционирования воздуха или принимать меры для защиты устройств от прямых солнечных лучей в зависимости от условий окружающей среды. Помимо вышеупомянутого, также крайне важно регулярно проверять фильтр воздуха и охлаждающий вентилятор преобразователя частоты. Для особых холодных условий, чтобы предотвратить некорректную работу микропроцессора из-за слишком низкой температуры, необходимо принять такие меры, как установка воздушных обогревателей. 7. Нарушения в работе источника питания. Нарушения в работе источника питания в основном делятся на три типа: отсутствие фазы, низкое напряжение и прерывание подачи электроэнергии. Иногда возникают и их комбинированные формы. Основными причинами этих аномалий являются повреждения линий электропередач из-за ветра, снега, молний; иногда же они возникают из-за короткого замыкания на землю или между фазами в рамках одной и той же системы электроснабжения. А удары молнии сильно различаются в зависимости от региона и сезона. Помимо колебаний напряжения, в некоторых электросетях или установках с собственными источниками питания могут возникать также колебания частоты. Эти явления иногда повторяются в течение короткого времени. Для обеспечения нормальной работы оборудования предъявляются соответствующие требования к источнику питания преобразователя частоты. Если поблизости находятся устройства, такие как двигатели с прямым запуском и индукционные плиты, то для предотвращения снижения напряжения при их включении их источники питания должны быть отделены от источника питания частотного преобразователя, чтобы снизить взаимное влияние. Для оборудования, которое должно продолжать работать даже при мгновенном отключении питания, помимо выбора преобразователя частоты подходящей цены, необходимо заранее учитывать степень снижения скорости вращения двигателя под нагрузкой. Когда как преобразователь частоты, так и внешняя система управления используют метод компенсации мгновенных перебоев в питании, после восстановления напряжения измерение скорости с помощью датчика скорости предотвращает возникновение чрезмерного тока во время ускорения. Для оборудования, которое должно работать непрерывно, к преобразователю частоты необходимо подключить устройство автоматического переключения источника питания без перебоев. Частотные преобразователи с входом, оснащенным диодами, и с использованием однофазного источника питания могут продолжать работать даже при отсутствии одной фазы. Однако чрезмерный ток в отдельных элементах выпрямителя, а также высокий импульсный ток конденсаторов могут негативно повлиять на срок службы и надежность преобразователя при длительной эксплуатации. Поэтому необходимо как можно раньше провести проверку и устранить эти проблемы. 8. Удары молнии, индукционные удары молнии: импульсные напряжения, возникающие в результате ударов молнии или индукционных ударов молнии, также могут привести к повреждению преобразователей частоты. Кроме того, когда на первичной стороне системы питания имеется вакуумный выключатель, возникновение короткого замыкания приводит к высокому уровню импульсного напряжения. Чтобы предотвратить повреждения из-за перенапряжений, возникающих под действием ударных напряжений, на входе преобразователя частоты обычно устанавливаются устройства поглощения, такие как вольтазы. В вакуумных выключателях следует установить поглотители импульсов типа RC. Если на первичной стороне трансформатора имеется вакуумный выключатель, то в схеме управления необходимо обеспечить отключение частотного преобразователя до того, как сработает вакуумный выключатель. Оригинальный заголовок: Анализ 8 основных причин неисправностей частотного преобразователя и мер по их предотвращению