變頻器維護(hù)保養(yǎng)和老化檢查技巧

變頻器元器件的損壞，如功率模塊的炸裂、短路或開路，電容器的噴液、鼓頂，IC電路的擊穿性損壞，電阻元件的斷路等，不但用萬用表從元件的電阻值或在線電壓值，能方便地檢測(cè)出來，而且有些損壞，是僅憑肉眼觀察其外形的色形與形變，即能得出明確的判斷。而元器件的性能劣變，并非為短路或斷路的“明顯損壞”的狀態(tài)，不但從器件外形上看不出明顯異常，而且在有時(shí)候，甚至萬用表及其它測(cè)量設(shè)備對(duì)其好壞，都無能為力。此類損壞，如大電容電解電容的引線電阻變大，小容量電容的介質(zhì)損耗加大，高頻特性變壞，和晶體管放大能力變差，二極管的整流特性變壞等，我們用萬用表和電容表檢測(cè)都是好的，但故障元件在電路的實(shí)際工作中“表現(xiàn)不佳”，好像一個(gè)人帶著不良情緒在勉強(qiáng)地干工作，因而工作中必然漏洞百出，很難圓滿地完成工作任務(wù) 　　變頻器元器件的性能變劣，不是一個(gè)質(zhì)變現(xiàn)象，而是一個(gè)量變現(xiàn)象。經(jīng)過多年使用的機(jī)器，像電容器的電解液干涸，三極管的放大能力降低，元器件引腳的氧化等，是隨著時(shí)間的推移而漸漸變化的，因而檢修“老機(jī)器”，更需要注意這方面的問題。 　　對(duì)這類元器件損壞的定義，用老化、低效、失效、性能變劣比較適宜，用擊穿、斷路等就不合適了。元器件的性能劣變，其劣變的程度往往差異甚大，表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象和檢測(cè)難度也千變?nèi)f化，不易掌握，而往往表現(xiàn)為疑難故障，或稱為“軟故障”，讓人撓頭——查不出壞件，但電路顯然又不是正常狀態(tài)!檢修這類故障，需要檢修者電子電路基本功的扎實(shí)、多年積累的經(jīng)驗(yàn)，甚至對(duì)檢修者的心理素質(zhì)，也是一種考驗(yàn)。 　　好在這類故障畢竟是少數(shù)，一般還是元件“硬性損壞”的為多。如果維修者樂于接受這種挑戰(zhàn)，對(duì)這種軟故障的檢修，也會(huì)轉(zhuǎn)化為一種樂趣，檢修的過程甚至也可以成為一種享受的過程(普通故障上來就換件，有啥子樂趣可言呢?)，讓人非常有成就感。我們?cè)陂L(zhǎng)期的檢修工作中，總會(huì)遭遇這樣的故障，可以干脆不修此類機(jī)器，也可以接受下來，享受一把，有什么不好呢? 　　有些元件器，廠家已給出使用年限，如變頻器中的散熱風(fēng)扇和電解電容，廠家給出的更換年限為8-10年。風(fēng)扇是個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，旋轉(zhuǎn)部件如軸承，長(zhǎng)期使用總有磨損的;為了提升電容量，電解電容內(nèi)部注有電解液，因而有反而漏電流產(chǎn)行，安裝使用時(shí)應(yīng)注意其極性。同時(shí)，隨使用年限增多，電解液必然逐漸干涸，使電容量下降。到達(dá)使用年限后，即使變頻器未壞，從原則上講，也應(yīng)將風(fēng)扇和電解電容換掉，以防患于未然。 　　風(fēng)扇損壞，比較直觀，這里以故障實(shí)例談一下直流回路儲(chǔ)能電容的損壞。 一、大容量電解電容老化所表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象及檢修思路： 　　[故障實(shí)例1]一臺(tái)富士5000 G9型90kW變頻器，運(yùn)行中跳欠電壓故障。該變頻器連續(xù)工作已近十年，接手后，先用電容表測(cè)試直流回路儲(chǔ)能電容的容量，儲(chǔ)能電容共6只，每只電容量為8200uF，檢測(cè)其容量為8000-8300uF之間，感覺電容都沒有問題。從調(diào)壓器送入可調(diào)三相電源，檢查電壓檢測(cè)電路并監(jiān)測(cè)面板顯示直流電壓值，說明直流電壓檢測(cè)電路也沒有問題。測(cè)直流回路電壓，在輸入電壓為380V時(shí)，直流電壓為540V左右(輕載)，檢查不出問題所在。 　　將變頻器拖動(dòng)37kW電機(jī)，滿載運(yùn)行，未路欠電壓故障。還是感覺不放心，后來又找一個(gè)工廠，用變頻器拖動(dòng)75kW電機(jī)，滿載運(yùn)行，跳欠電壓故障停機(jī)，運(yùn)行中檢測(cè)直流回路電壓，已跌至430V。變頻器確實(shí)存在故障! 　　帶載情況下直流回路電壓低，只有兩部分可懷疑元件：一是三相整流電路，本機(jī)由六塊100A整流模塊構(gòu)成三相整流電路，每二塊相并聯(lián)使用。用數(shù)字萬用表的二極管檔，測(cè)整流橋的正向壓降，在430(0.43V)左右，用指針式萬用表，測(cè)其正反向電阻，都沒有問題。該款變頻器有個(gè)特點(diǎn)，整流模塊與逆變模塊的使用，在功率上有相當(dāng)大的余量，整流模塊的穩(wěn)定性也優(yōu)于電解電容。因而還是不能排除電容的嫌疑。想要代換試驗(yàn)的話，但手頭又沒有這么多整流模塊和電容備件。只有確定是整流橋還是電容的問題，購件后才驗(yàn)證故障所在。 　　顯然，電容器的損壞，并不是因使用年限過長(zhǎng)造成的容量下降，用電容表測(cè)試容量也是滿足要求的。但本機(jī)故障表現(xiàn)，又確實(shí)像是儲(chǔ)能電容的容量下降，起不到應(yīng)有的儲(chǔ)能作用，而使直流回路的電壓下降，導(dǎo)致電壓檢測(cè)電路報(bào)出欠電壓故障。 　　電容的容量減小，輕者表現(xiàn)為帶負(fù)載能力差，負(fù)載加重時(shí)往往跳直流回路欠電壓故障，電容的進(jìn)一步損壞，還有可能使直流回路電壓波蕩，形成對(duì)逆變模塊的致命打擊。此類故障往往又較為隱蔽，不像元件短路容易引人重視，檢查起來有時(shí)也頗費(fèi)周折，尤其是大功率變頻器中的電容，運(yùn)行多年后，其引出電極常年累月經(jīng)受數(shù)百赫茲的大電流充、放電沖擊，出現(xiàn)不同程度的氧化現(xiàn)象，用電容表測(cè)量，容量正常;用萬用表測(cè)量，也有鮮明的充、放電現(xiàn)象，反向漏電流阻值也在容許范圍內(nèi)，但接在電路中，則因充、放電內(nèi)阻增大，相當(dāng)于電容充、放電回路串接了一定阻值的電阻!電容的瞬態(tài)充、放電電流值大為降低，實(shí)質(zhì)上電容的儲(chǔ)電能力下降，相當(dāng)于電容量嚴(yán)重減小。因儲(chǔ)電能力下降，致使直流回路電壓跌落，變頻器不能正常工作，檢修人員可能會(huì)作出誤判! 若非負(fù)載狀態(tài)下，同時(shí)監(jiān)測(cè)直流回路的電壓值，在維修部的輕載條件下，很難判定和分析到是儲(chǔ)能電容的問題。 　　電容電極引線電阻的出現(xiàn)，是常規(guī)測(cè)量手段所無法測(cè)出的，進(jìn)行深入分析，才出了這種結(jié)論。 　　經(jīng)過以上分析，郵購6只8200uf400V優(yōu)質(zhì)電解電容，將該機(jī)儲(chǔ)能電容全部代換后，再行拖動(dòng)75kW電機(jī)處于滿載運(yùn)行狀態(tài)下，不再跳欠電壓故障，測(cè)直流回路電壓，帶載情況下，已高達(dá)520V以上。變頻器修復(fù)。 二、充電接觸器主觸點(diǎn)接觸不良所表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象及檢修方法： 　　當(dāng)充電接觸器的觸點(diǎn)接觸不良時(shí)，同樣跳欠電壓(或直流回路電壓低)的故障。見下述實(shí)例。 　　[故障實(shí)例2]一臺(tái)東元7300MA型37kW變頻器，運(yùn)行中隨機(jī)性跳“直流回路電壓低”故障，有時(shí)一天數(shù)次跳故障，有時(shí)能連續(xù)運(yùn)行好幾天。故障再現(xiàn)時(shí)，為變頻器重新上電，則又能正常運(yùn)行段時(shí)間。用戶工作現(xiàn)場(chǎng)電壓的供電電壓很穩(wěn)定，沒有什么問題，同時(shí)使用的其它數(shù)臺(tái)變頻器，和同型號(hào)變頻器，都沒有這種問題。 　　送維修部后，變頻器上電后，聽得“哐當(dāng)”一聲響，充電接觸器閉合了，空載或輕載時(shí)，連續(xù)運(yùn)行三天，未跳直流回路電壓低故障。用三相調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸入電壓，同時(shí)監(jiān)控操作顯示面板顯示的直流回路電壓值，與輸入電壓成成比例變化，并且在較大范圍內(nèi)，變頻器都不報(bào)出故障，說明檢測(cè)電路沒有問題。 　　重點(diǎn)又檢查了直流回路的儲(chǔ)能電容，其容量與標(biāo)稱值沒有大的出入，該機(jī)器使用年限不長(zhǎng)，儲(chǔ)能電容又是選用優(yōu)質(zhì)元件，應(yīng)該是沒有問題的。 　　反復(fù)上電幾次，都能聽到充電接觸器的吸合聲，說明充電接觸器的控制電路也是好的。是什么原因?qū)е铝酥绷骰芈冯妷旱湍? 　　進(jìn)一步聯(lián)想到：充電接觸器雖然吸合，但主觸點(diǎn)閉合情況，卻只有將接觸器拆卸后，才能觀察到。拆開接觸器后，發(fā)現(xiàn)三對(duì)主觸點(diǎn)燒灼嚴(yán)重，同時(shí)發(fā)現(xiàn)三相逆變模塊大多換新，該機(jī)器已經(jīng)維修過。也許是模塊炸毀時(shí)，使充電接觸器的主觸點(diǎn)同時(shí)受損。 　　接觸器為電磁開關(guān)，其閉合與釋放是電磁作用與機(jī)械部件相配合所完成的。當(dāng)接觸器主觸點(diǎn)燒灼變形，或由于使用年限過長(zhǎng)，產(chǎn)生機(jī)械形變或機(jī)械老化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)作受阻從而產(chǎn)生吸合不到位，造成主觸點(diǎn)接觸不良的現(xiàn)象。 　　該例故障，因觸點(diǎn)燒灼，產(chǎn)生接觸電阻，運(yùn)行中產(chǎn)生打火現(xiàn)象，觸點(diǎn)的接觸情況產(chǎn)生隨機(jī)性惡化，則直流回路電壓有隨機(jī)性跌落現(xiàn)象，導(dǎo)致欠電壓報(bào)警。而停電后再閉合，則改善了接觸器觸點(diǎn)接觸狀況，變頻器又能運(yùn)行一段時(shí)間。接觸器產(chǎn)生機(jī)械形變后，也有此種現(xiàn)象，以至有的電工得出了這種一種經(jīng)驗(yàn)，跳欠電壓故障時(shí)，或?yàn)樽冾l器反復(fù)上電幾次，或震動(dòng)變頻器幾次后，變頻器又“神經(jīng)質(zhì)”地“好”了。 　　換用優(yōu)質(zhì)接觸器后，故障排除。 　　該例故障，有“耳聽為虛，眼見為實(shí)”的檢修特點(diǎn)，聽聲音接觸器是閉合了，但主觸點(diǎn)的閉合狀態(tài)，只有眼見才能更好地確定。 三、晶體管老化失效所表現(xiàn)的故障現(xiàn)象及檢修思路： 　　晶體管器件的老化和失效故障，更為隱蔽，其表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象也更加難以琢磨，比之檢修電容器、接觸器等元件，又上升了一個(gè)難度上的等到級(jí)。下文以檢修開關(guān)電源的兩個(gè)故障實(shí)例，來說明對(duì)晶體管老化故障的檢修。這兩例故障，一例為輸出電壓偏高，一例為輸出電壓偏低，但故障元件都是隱蔽得很，饒有趣味啊。 　　[故障實(shí)例3]該機(jī)器為東元7200PA型37kW變頻器，故障現(xiàn)象為：運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)隨機(jī)停機(jī)現(xiàn)象，可能幾天停機(jī)一次，也可能幾個(gè)小時(shí)停機(jī)一次;起動(dòng)困難，起動(dòng)過程中電容充電接觸器噠噠跳動(dòng)，起動(dòng)失敗，但操作面板不顯示故障代碼。費(fèi)些力氣起動(dòng)成功后又能運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間。 　　將控制板從現(xiàn)場(chǎng)拆回，將熱繼電器的端子短接，以防進(jìn)入熱保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī);將充電接觸器的觸點(diǎn)檢測(cè)端子短接以防進(jìn)入低電壓保護(hù)狀態(tài)不能試機(jī)，進(jìn)行全面檢修，檢查不出什么異常，都是好的呀。 　　又將控制板裝回機(jī)器，上電試機(jī)，起動(dòng)時(shí)充電接觸器噠噠跳動(dòng)，不能起動(dòng)。拔掉12CN插頭散熱風(fēng)扇的連線，為開關(guān)電源減輕負(fù)載后，情況大為好轉(zhuǎn)，起動(dòng)成功率上升。仔細(xì)觀察，起動(dòng)過程中顯示面板的顯示亮度有所降低，判斷故障為開關(guān)電源帶負(fù)載能力差。 　　拆下電源/驅(qū)動(dòng)板，從機(jī)外送入直流500V維修電源，單獨(dú)檢修開關(guān)電源電路。 　　本機(jī)開關(guān)電源電路為單端正激式隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源。電路由分立元件組成，故障率較低。由開關(guān)管和分流控制管構(gòu)成振蕩和穩(wěn)壓電路的主干，外圍電路極其簡(jiǎn)潔。 　　拆下電源/驅(qū)動(dòng)板，從機(jī)外送入直流500V直流維修電源，單獨(dú)檢修開關(guān)電源電路。 　　開關(guān)電源的次級(jí)繞組及后續(xù)整流濾波電路，各路電源輸出空載時(shí)，輸出電壓為正常值。將各路電源輸出加接電阻性負(fù)載(如50歐5W電阻)，電壓值略有降低;+24V接入散熱風(fēng)扇和繼電器負(fù)載后，+5V降為+4.7V，此時(shí)屏顯及其它操作均正常。但若使變頻器進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，則出現(xiàn)繼電器噠噠跳動(dòng)，間或出現(xiàn)“直流電壓低”、“CPU與操作面板通訊中斷”等故障代碼，使操作失敗。測(cè)量中，當(dāng)+5V降為+4.5V以下時(shí)，則變頻器馬上會(huì)從啟動(dòng)狀態(tài)變?yōu)榇龣C(jī)狀態(tài)。詳查各電源負(fù)載電路，均無異常。 　　分析：控制電源帶負(fù)載能力差的判斷是正確的。由于CPU對(duì)電源的要求比較苛刻，不低于4.7V時(shí)，尚能勉強(qiáng)工作;但當(dāng)?shù)陀?.5V時(shí)，則被強(qiáng)制進(jìn)入“待機(jī)狀態(tài)”;在4.7V到4.5V之間時(shí)，則檢測(cè)電路工作，CPU發(fā)出故障報(bào)警。 　　意想不到的是此故障的檢修竟然相當(dāng)棘手，遍查開關(guān)電源的相關(guān)元器件竟“無一損壞”!無奈之下，試將U1(KA431AZ)的基準(zhǔn)電壓分壓電阻之一的R1(5101)并聯(lián)電阻試驗(yàn)，其目的是改變分壓值而使輸出電壓上升。測(cè)輸出電壓略有上升，但帶載能力仍差。該機(jī)的開關(guān)管Q2為高反壓和高放大倍數(shù)的雙極型三極管(NPN功率管)，型號(hào)為QM5HLL-24;Q1為分流控制管，電路對(duì)這兩只管子的參數(shù)有較嚴(yán)格的要求，市場(chǎng)上較難購到。再結(jié)合故障現(xiàn)象分析，可能為開關(guān)管Q2低效，如β值降低，使TC2儲(chǔ)能下降，電路帶載能力變差;也可能為Q1的工作偏移，對(duì)Q2基極電流分流能力過強(qiáng)，使電源帶載能力變差。但手頭無原型號(hào)開關(guān)管，用戶催修甚急。試調(diào)整電路，將分流調(diào)整管的工作點(diǎn)下調(diào)，使之降低對(duì)Q2基極電流的分流作用，進(jìn)而提升開關(guān)管Q2的導(dǎo)通能力，使TC2儲(chǔ)能增加。