变频器隐性故障的检测和维修

在变频器的故障维修过程中,有些故障是比较容易检测和定位的,可以根据故障现象和故障代码快速检修。但是有些故障是由于电气元件的老化和失效导致,这类故障往往比较隐蔽,其表现出的故障现象也并不明显,甚至表现出来为偶发性故障,难以还原重现。

以一台37kW变频器为例,该变频器故障现象为:运行当中出现随机停机现象,可能几天停机一次,也可能几个小时停机一次,当停机后重新启动时,接触器哒哒跳动,有时会起动失败,而且操作面板不显示故障代码。重复多次后,有时又能启动成功,并运转一段时间。

将变频器从现场拆回,将控制板拆下,将热继电器的端子短接,以防进入热保护状态不能试机;将充电接触器的触点检测端子短接,以防进入低电压保护状态不能试机,但是检查下来找不到异常,所有功能都是好的。

又将控制板装回机器,上电试机,起动时充电接触器哒哒跳动,不能起动。拔掉12CN插头散热风扇的连线,为开关电源减轻负载后,情况大为好转,起动成功率上升。

仔细观察,起动过程中显示面板的显示亮度有所降低,因此判断故障为开关电源带负载能力差。

接下来拆下电源/驱动板,送入直流500V维修电源,单独检修开关电源电路。该变频器开关电源电路为单端正激式隔离型开关稳压电源。电路由分立元件组成,这种电路故障率较低。由开关管和分流控制管构成振荡和稳压电路的主干,外围电路极其简洁。

进一步检测发现,开关电源的次级绕组及后续整流滤波电路,各路电源输出空载时,输出电压为正常值。将各路电源输出加接电阻性负载(如50欧5W电阻),电压值略有降低;24V接入散热风扇和继电器负载后,5V降为 4.7V,此时屏显及其它操作均正常。但若使变频器进入启动状态,则出现继电器哒哒跳动,间或出现“直流电压低”、“CPU与操作面板通讯中断”等故障代码,使操作失败。

测量中,当 5V降为 4.5V以下时,则变频器马上会从启动状态变为待机状态。但详查各电源负载电路,均无异常。

因此分析:控制电源带负载能力差的判断是正确的。由于CPU对电源的要求比较苛刻,不低于4.7V时,尚能勉强工作;但当低于4.5V时,则被强制进入“待机状态”;在4.7V到4.5V之间时,则检测电路工作,CPU发出故障报警。

接下来,遍查开关电源的相关元器件,竟发现“无一损坏”!无奈之下,试将U1(KA431AZ)的基准电压分压电阻之一的R1(5101)并联电阻试验,其目的是改变分压值而使输出电压上升。测输出电压略有上升,但带载能力仍差。该机的开关管Q2为高反压和高放大倍数的双极型三极管(NPN功率管),型号为QM5HLL-24;Q1为分流控制管,电路对这两只管子的参数有较严格的要求,市场上较难购到。再结合故障现象分析,可能为开关管Q2低效,如β值降低,使TC2储能下降,电路带载能力变差;也可能为Q1的工作偏移,对Q2基极电流分流能力过强,使电源带载能力变差。

但手头无原型号开关管,用户催修甚急。试调整电路,将分流调整管的工作点下调,使之降低对Q2基极电流的分流作用,进而提升开关管Q2的导通能力,使TC2储能增加。试将与电压反馈光耦串接的电阻R6(330欧)串联47欧电阻,以减小Q1的基极电流,进而降低其对Q2的分流能力,使电源的带载能力有所增强。

上电试机,无论加载或启动操作, 5V均稳定输出5V,故障排除(此故障排除是采取了权宜之计,应急修复的措施,并未查出和更换故障元件,对故障进行根治)!  故障推断:

  1. 开关管Q2有老化现象,放大能力下降,Ic值偏低,开关变压器储能变小,而使电源带载能力变差;
  2. 分流支路有特性偏移现象,使分流过大,开关管得不到良好驱动,从而使电源带载能力差。第一种原因可能性大。

附记:以后该台变频器又因模块损坏故障送修,手头有QM5HLL-24管子,故换掉开关管Q2,将串接47Ω电阻解除,恢复原电路后,开关电源工作正常。说明该机器开关电源电路带载能力差的故障原因,确系Q2开关管低效所致。

 

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