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论伺服和变频器维修及保养

供稿:中国工控网 2016/4/19 16:10:51

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  • 关键词: 伺服 变频器 维修及保养
  • 摘要:交流伺服和变频器是用于位置,速度,转矩控制的新型交流调速装置,应用广泛,伴随着应用越来越广,变频器的使用量也越来越大,因为价格相对较高,特别是进口品牌的伺服和变频器,那么对使用中损坏的伺服和变频器的维修就显得尤为重要,伺服和变频器结合了强电,弱电技术,技术含量相对较高,对维修技术员的能力要求也相对较高,不仅要懂强弱电,而且对软件的应用也要有一定的了解。

在从事变频器维修之前,首先要了解变频器的工作原理及构造,变频器是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外,它还具有改变交流电电压的辅助功能。过去,变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现,人们已经可以生产完全独立的变频器。变频器主要是由主电路、控制电路组成。

主电路主要有整流电路,滤波电路及逆变电路构成,整流电路的器件主要是整流二极管或可控硅组成,功能是将输入的交流电转化为直流电,滤波电路的器件主要是由电解电容组成,将直流电路中的交流成分滤除掉,逆变电路主要是由IGBT组成,功能是将直流电转化为交流电。参见附图1

附图1

控制电路是给主电路提供控制信号的回路,它有频率、电压的“运算电路”,主电路的“电压、电流检测电路”,电动机的“位置和速度检测电路”,将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”,以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。参见附图2

附图2

对一台送修的变频器,问题的诊断采用的是和医生给病人看病同样的流程,通过望,闻,问,切来了解伺服和变频器损坏的部位或具体电路,然后针对具体部位和电路再进行修理,如上面所说,伺服和变频器是由许多电路组合而成,如不判断具体故障,对维修来讲就无从下手。

拿到一台坏的伺服和变频器,通过望和闻,观察变频器外壳有无明显破损现象,内部线路板有无撞击损坏现象,线路板有无缺少元器件,有无明显得器件烧毁现象,有无烧焦的味道,在实际维修案例中,有相当一部分伺服和变频器在安装运输过程中操作不当导致受到外力撞击而使外壳受损,线路板元器件脱落,这种情况通过观察可以有针对性的维修,通过更换外壳,补焊元器件解决问题,而有的伺服和变频器是因为电网电压不稳定,谐波成份较高而导致变频器输入电路的压敏电阻和陶瓷滤波电容炸毁,这种情况对于线路板损坏不严重的情况可以通过更换压敏电阻和电容解决,如果压敏电阻和电容炸毁时损坏了其它电路,这时要就具体故障现象而维修,后面有就具体故障而维修的分析。另外一种线路板烧毁的情况是由于客户粗心或者线束标识不当接错线而导致线路板烧毁,常见的是主控制板烧毁现象,由于主控板基本上都是弱电,接口端子常见输入电压以DC24V为主,客户如果接入强电或者在不接电压的端口接入电压,这样极易烧毁线路板,通过望和闻,上述这些情况能很快判断机器的故障部位。

 

交流伺服和变频器是用于位置,速度,转矩控制的新型交流调速装置,在机床,自动生产线,纺织,包装等众多行业得了广泛的应用,伴随着应用越来越广,变频器的使用量也越来越大,因为价格相对较高,特别是进口品牌的伺服和变频器,那么对使用中损坏的伺服和变频器的维修就显得尤为重要,伺服和变频器结合了强电,弱电技术,技术含量相对较高,对维修技术员的能力要求也相对较高,不仅要懂强弱电,而且对软件的应用也要有一定的了解,


对一台外观与线路板表面现象良好,无明显的损坏的变频器,这时先可以通过对客户的询问以了解变频器的故障现象,对于终端客户而言,由于技术水平的限制,通常只能告知你设备的现象或变频器故障显示内容,这时你就要通过这些现象和故障显示内容而大概判断变频器故障部位。比如,电梯用变频器开机只能上行而不能下行,这时侯你就得考虑变频器是否制动出现了问题,因为电梯在下行时处于发电状态,回馈的能量如无法反馈给电网那就需将能量消耗在制动电阻上,如果制动电路损坏,回馈的能量无法消耗,这样就会导致变频器报警而强制性的关断变频器,在维修时可以有针对性的对制动电路进行检测。如果客户反映电机每次运行一段时间后就停机,你就得考虑是不是因为变频器过热而过热保护,这时侯就要检查散热器灰尘是否过多,风扇运转是否良好,控制风扇运转的电路是否有问题。


如果以上信息都没有,那就通“切”的手法来了解原因,这里的“切”是指通过辅助工具万用表,示波器等来人为诊断故障原因及修理,一台损坏的变频器在你手里,如果通过外在的观察和客户那里无法了解损坏信息,那就得通过上电来了解,在变频器上电之前,得先测量变频器主回路是否良好,变频器内部功率模块工作时因为要时刻承受着高电压,大电流,所以是容易损坏的部件,这种损坏也包括主回路相与相之间短路或相与地之间短路,如果不测量就给主回路上电,有可能会引起爆炸而使变频器内部故障扩大,在测量正常后,可以给主回路上电,在现实操作中,如果担心直接上AV220或AC380会出现意外情况的话,可以在电源侧加限流器或调压器,这样都可以避免因上电导致主回路故障扩大的举措。一台变频器如不能上电,则要检查主回路电路,如上电没显示,则要检查开关电源电路,面板显示电路。如上电显示正常则要通过伺服和变频器故障记录菜单及带载测试来了解损坏的部位,,厂家生厂的变频器通常都具有故障记录菜单,有的具备几个历史故障代码的记录,通常可以打开故障记录了解当前变频器故障损坏的原因,比如,如果变频器最后一个故障记录显示编码器故障,这时候可以查速度反馈回路,如故障记录显示过流,则检查电流检测回路等等。如果没有故障信息,则要带上电机进行负载测试来了解故障,先判断伺服和变频器具体损坏部位,再就具体电路进行检测和分析。


通过“望,闻,问,切”手法了解了故障部位,这时候就可以就具体部位的电路来加以针对性的修理,通过万用表,示波器来测量损坏部位电路节点的电压,电流及波形来找出具体的损坏电子器件,维修中可以通过比对,参照,更换等维修手法来快速找出损坏的电子元器件,自己也有必要针对线路板的特性做一些工装测试夹具,特别是对驱动电路的维修,工装测试夹具显得尤为重要,功率模块价格昂贵,如果驱动电路未能确保修好就上电测试整机的话,极易引起变频器功率模块损坏。对于主控板的接口电路的维修,可以借用变频器内部菜单,比如一些变频器输入输出接口电路通常可以在菜单的I/O来监控,这样很容易判断接口电路哪一路损坏,修好后也可以通过菜单来显示是否修理正常。


修理完的变频器需要做整机测试,一台送修的变频器往往故障是复合的,也就是说存在若干故障,通过上电整机测试可以确认变频器是否修理完善,有些故障是在一定的条件下才能出现,比如满负载测试,外界使用环境温度较高等,这时候就需要模拟外界这些条件来进行测试,负载需要达到额定,可以考虑采用电机对拖测试,外界环境温度过高,可以将电机放入老化房加热测试。


变频器的维修工作是一项理论知识、实践经验与操作水平的结合的工作,其技术水平代表着变频器的维修质量。所以我们要经常阅读一些有关的书报杂志,不断了解这些电子元器件所具备的功能和特点,开拓思路,给维修工作以启迪,并将这些学到的知识应用于实际工作中,解决一些维修过程中无法解决的问题,以使自已的技术水平不断提高。


日常良好的保养可以有效减少变频器损坏的频率,在实际应用中,变频器受周围的温度、湿度、振动、粉尘、腐蚀性气体等环境条件的影响,其性能会有一些变化。如使用合理、维护得当,则能延长使用寿命,并减少因突然故障造成的生产损失。如果使用不当,维护保养工作跟不上去,就会出现运行故障,导致变频器不能正常工作,甚至造成变频器过早的损坏,而影响生产设备的正常运行。因此日常维护与定期检查是必不可少的。


对于连续运行的变频器,可以从外部目视检查运行状态。定期对变频器进行巡视检查,检查变频器运行时是否有异常现象。通常应作如下检查:

1)环境温度是否正常,要求在-10℃~+40℃范围内,以25℃左右为好,条件允许的情况下,有必要安装空调设施;

2)变频器在显示面板上显示的输出电流、电压、频率等各种数据是否正常;

3)显示面板上显示的字符是否清楚,是否缺少字符;

4)用测温仪器检测变频器是否过热,是否有异味;

5)变频器风扇运转是否正常,有无异常,散热风道是否通畅;

6)变频器运行中是否有故障报警显示;

7)检查变频器交流输入电压是否超过最大值。参照变频器规格说明书,了解变频器最大允许输入的电压,如果主电路外加输入电压超过极限,即使变频器没运行,也会对变频器线路板造成损坏。


另外就是定期检查,利用每年一次的大修时间,将检查重点放在变频器日常运行时无法巡视到的部位。

1)作定期检查时,操作前必须切断电源,变频器停电后待操作面板电源指示灯熄灭后,等待4min(变频器的容量越大,等待时间越长,最长为15min)使得主电路直流滤波电容器充分放电,用万用表确认电容器放电完后,再进行操作。

2)将变频器控制板、主板拆下,用毛刷、吸尘器清扫变频器线路板及内部IGBT模块、输入输出电抗器等部位。线路板脏污的地方,应用棉布沾上酒精或中性化学剂擦除。

3)检查变频器内部导线绝缘是否有腐蚀过热的痕迹及变色或破损等,如发现应及时进行处理或更换。

4)变频器由于振动、温度变化等影响,螺丝等紧固部件往往松动,应将所有螺丝全部紧固一遍。

5)检查输入输出电抗器、变压器等是否过热,变色烧焦或有异味。

6)检查中间直流回路滤波电解电容器小凸肩(安全阀)是否胀出,外表面是否有裂纹、漏液、膨胀等。一般情况下滤波电容器使用周期大约为5年,检查周期最长为一年,接近寿命时,检查周期最好为半年。电容器的容量可用数字电容表测量,当容量下降到额定容量的80%以下时,应予更换。

7)检查冷却风扇运行是否完好,如有问题则应进行更换。冷却风扇的寿命受限于轴承,根据变频器运行情况需要2-3年更换一次风扇或轴承。检查时如发现异常声音、异常振动,同样需要更换。

8)检查变频器绝缘电阻是否在正常范围内(所有端子与接地端子),注意不能用兆欧表对线路板进行测量,否则会损坏线路板的电子元器件。

9)将变频器的R、S、T端子和电源端电缆断开,U、V、W端子和电机端电缆断开,用兆欧表测量电缆每相导线之间以及每相导线与保护接地之间的绝缘电阻是否符合要求,正常时应大于1M。

10)变频器在检修完毕投入运行前,应带电机空载试运行几分钟,并校对电机的旋转方向。

有了良好的保养操作习惯,辅助以正确的维修手段,可以有效地延长伺服变频器的运行寿命,保证设备运行效率最大化,降低企业的运行成本。

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