浅谈桥吊安川变频器常见故障分析及处理
宁波港集团北仑第三集装箱有限公司 邬勇勇 俞浩焕 张跃 陈旭融
摘 要：本文通过介绍港口桥吊上常用676H5安川变频器结构及工作原理的基础上，对其常见故障进行分析，并提出相应的排除措施及更换硬件设备注意事项。 关键词：桥吊 安川变频器 故障 注意事项
1.序言
桥吊是集装箱码头上最重要的港口设备，安川变频器在桥吊上的使用广泛，保养与故障处理是大家共同探讨的话题。桥吊上的676H5安川变频器由主回路和控制回路构成：主回路是给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分，主要由三相或单相整流桥、平波电抗器、滤波电容器、逆变器、限流电阻、接触器等元器件组成；控制回路有主控制板、电压电流检测回路、驱动板、转速检测回路等；保护回路又可分为变频器保护和异步电动机的保护。
为更好使用676H5变频器，首先得了解变频器有哪些保护作用，如瞬时过电流保护、过载保护、再生过电压保护、瞬时掉电保护等保护功能 。676H5变频器自身有完善的监测保护程序，能根据电机参数,判断出电机运转中的异常，自动记录发生异常时电机的各项参数及变频器的运转参数（电流,电压,频率,功率,输入输出端子状态等），便于维修人员判断分析故障。
2.676H5安川变频器调速结构及其工作原理
图1 676H5安川变频器结构图
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。在桥吊上，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）通讯板：同PLC 216模块通讯，交换各种信号。
3.676H5安川变频器故障代码及处理方式
676H5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） OC故障即过流，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。比如起升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） OL故障即过载，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。 接地故障也是平时会碰到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器了，霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因数的影响，工作点很容易发生飘移，导致GF报警。
（4） OH故障即变频器过热，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） OS故障即超速，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） UV故障即欠压，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） OV 故障即过压，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） PGO故障即速度检测开路，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。一台桥吊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。 （10） SC故障
SC故障是安川变频器较常见的故障。IGBT模块损坏，这是引起SC故障报警的原因之一。此外驱动电路损坏也容易导致SC故障报警。安川在驱动电路的设计上，上桥使用了驱动光耦PC923，这是专用于驱动IGBT模块的带有放大电路的一款光耦，安川的下桥驱动电路则是采用了光耦PC929，这是一款内部带有放大电路，及检测电路的光耦。此外电机抖动，三相电流，电压不平衡，有频率显示却无电压输出，这些现象都有可能是IGBT模块损坏。IGBT模块损坏的原因有多种，首先是外部负载发生故障而导致IGBT模块的损坏如负载发生短路，堵转等。其次驱动电路老化也有可能导致驱动波形失真，或驱动电压波动太大而导致IGBT损坏,从而导致SC故障报警
还有开关电源损坏是众多变频器最常见的故障，通常是由于开关电源的负载发生短路造成的，在众多变频器的开关电源线路设计上，安川变频器应该说是比较成功的。676H5变频器采用了两级的开关电源，有点类似于富士G5,先由第一级开关电源将直流母线侧500多伏的直流电压转变成300多伏的直流电压。然后再通过高频脉冲变压器的次级线圈输出5V、12V、24V等较低电压供变频器的控制板，驱动电路，检测电路等做电源使用。在第二级开关电源的设计上安川变频器使用了一个叫做TL431的可控稳压器件来调整开关管的占空比，从而达到稳定输出电压的目的。前几期我们谈到的LG变频器也使用了类似的控制方式。用作开关管的QM5HL-24以及TL431都是较容易损坏的器件。此外当我们在使用中如若听到刺耳的尖叫声，这是由脉冲变压器发出的，很有可能开关电源输出侧有短路现象。我们可以从输出侧查找故障。此外当发生无显示，控制端子无电压，DC12V，24V风扇不运转等现象时我们首先应该考虑是否开关电源损坏了。
4.676H5变频器硬件故障修理注意事项
（1）IGBT的更换。要测量各路阻值是否平衡。
（2）驱动板的更换，需仔细核对插头与插座的编号是否一致，是否有插座式的。
（3）主控板的更换。更换主控板后，需设置变频器的应用参数（E1），电机参数（E2），保护参数（L
1、L
6、L7）。
（4）PG卡的更换。需核对接线端子是否正常。如果换卡后电机启动有震动，不能正常旋转，则需将A、B相对调。
(5) 通讯板的更换，需核对变频器硬件站号设置的拨码开关。检查通讯指示灯是否正常。 (6）676H5系列变频器，通讯板是一单独CPU，更换后，需上传配置程序（无硬件站号开关）。 （7） 由于安川变频器内部的螺栓材料材质较软，如果工具与之配合误差较大就容易造成螺栓头损坏，建议给变频器维修人员配备进口或合资品牌的专用工具。
（8）电解电容和散热器为铝合金材料，上螺栓时要注意手势和力度，以免造成烂牙。如果电解电容发生烂牙一定要重新攻丝，否则会造成变频器再次损坏。
（9） 由于桥吊变频器大多为现场维修，如不小心将螺栓掉落在变频器内或地沟内就比较麻烦，所以螺丝刀头必须带磁性。
（10）安装过程中一定要根据电路图仔细核对，并在通电前用万用表二极管档核对U、V、W三相输出回路检测值是否一致。
（11） 在拆装变频器时清点螺栓数量是否一致，可以作为是否正确安装的辅助依据。
5.结束语
采用676H5安川变频器作为桥吊上异步电机驱动器，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。要想使变频器稳定工作，首先熟悉变频器的结构原理，了解常见故障及其分析方法，其次日常的精心维护，只要保养到位，也可降低变频器的故障率，减少停机时间，使变频器以最佳的工作状态充分发挥效力。
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