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浅析ABB ACS600多传动变频器维修
The Analyses of ABB ACS600 MultiDrive Inverter Maintenance
作 者:秦皇岛港股份有限公司八分公司 赵灵军

1 引言
abb acs600系列变频器面世已经十余年了,在我国的发电、化工、造纸、冶金、交通运输等各行各业均有广泛的应用。该系列变频器以其稳定的性能,丰富的选件扩展功能,可灵活应用的编程环境,良好的力矩特性赢得了用户的认可。特别是acs600多传动变频器由于具有能量反馈功能,在节能方面性能优良,所以在提升机上的应用效果非常理想。虽然该系列变频器已经退市多年,但由于保有量巨大,并将在今后相当长的一段时间继续使用,所以探究其维修技术与方法仍具有重要意义。
笔者从事变频器维修工作十余年,对acs600系列变频器有着较深入的了解。我公司现有14台门座式起重机,主要从事码头散货的船舶装卸作业,驱动系统全部采用了acs600多传动变频器,经过近十年的使用目前均良好运行。总的来说,变频器系统的故障率还是较低的,但由于受工作环境(主要是温度、振动、粉尘等因素)的影响变频器内部的元器件损坏还是时有发生。笔者将多年来在实际工作中的维修经验和技巧进行了总结,希望和广大同行进行一下交流和探讨。

图1 acs600多传动变频器系统的构成

2 acs600多传动变频器的工作原理和内部结构
acs600多传动变频器系统的主要由辅助控制单元(acu)、进线单元(icu)、滤波单元(fiu)、供电单元(isu)和若干逆变器组成,如图1所示。辅助控制单元、进线单元、滤波单元主要由断路器、接触器、集电器、电抗器等元件组成,供电单元和逆变器主要由各控制板、功率模块和其他元器件组成。这里我们主要讨论的是供电单元和逆变器内部器件损坏的维修。变频器系统在工作时由供电单元将三相交流电整流为直流电,通过直流母线送至各逆变器,供电单元和逆变器均可以实现四象限运行,可将电机的发电状态下的交流电通过直流母线实现逆变器共享或通过供电单元送回电网。
供电单元在硬件结构上与逆变器基本一致,如图2所示。主要由电源板(npow)、主电路接口板(nint)、门极驱动板(ngdr)、和igbt功率模块组成,在供电单元使用三块功率模块并联使用时需要用到匹配板(nxpp),在逆变器中还会用到禁止误启动板(ngps),模块内部除了上述控制板和功率元件外还有电容器、电流互感器、放电电阻、风机等元器件。在模块外部有一个控制单元(ndcu),由控制板(namc)和i/o接口板(nioc)两块电路板组成,控制板是供电单元和逆变器的控制核心,变频器的应用软件和参数组就储存于此,i/o接口板负责各i/o信号的采集和输出,同时可以连接cdp312控制盘。在供电单元或逆变器工作时,电源板提供内部使用的24v、15v电源, 主电路接口板采集各种内部信号,并接收来自控制单元输出的处理结果,提供信号给门极驱动板。门极驱动板接收主电路接口板的信号,提供驱动igbt门级动作的信号,随后igbt功率模块通过开关通断将直流逆变为交流,或将交流整流为直流,驱动电机或回馈电能。模块内部各控制板、元器件的连接采用的是插接件连接,控制单元与逆变器模块、上位机、各选件(编码器适配器、通讯适配器等)之间采用的是光纤连接。弄清模块及控制单元的作用和连接方式,是变频器内部故障检修的基础。再此基础上要进一步掌握各板件连接端子信号的功能,元器件正常与否的测量方法。这样故障的分析、查找、修复就容易多了。
3 acs600多传动变频器常见故障分析
3.1电源板故障
(1)故障现象
驱动电机无动作,cdp312控制盘无显示。
(2)故障分析处理
cdp312控制盘连接在控制单元的nioc板上,首先就要检查控制单元的电源。控制单元的电源是24v直流电源,可以由外部直流电源供电,也可以由内部电源板供电。本例中是由电源板供电。电源板的作用是将直流母线上的直流电(560v左右)转换成24v、15v两组电源供主电路接口板和其他部件使用。首先要确定直流母线电压是否正常,正常时板载绿色led灯(v15)亮,可以通过测量电源板插接端子x31的1脚和4脚进行确认,如果没有电压,则应向上检查直流母线上的快速熔断器,通常快速熔断器的熔断多数都伴随功率模块的损坏,所以一旦发现熔断器熔断一定要先检查功率模块,切不可盲目更换熔断器。在直流母线电压测量正常的情况下,板载v15led灯不亮时,板载熔断器f1熔断的可能性较大,可以用万用表进行检测其好坏。板载熔断器f1的主要作用是对直流输入电压进行保护。通过多次同类故障的维修来看,其熔断通常由直流母线的瞬间电压波动造成,在确定板载元件无外观损坏的情况下可以直接更换。当电源板输入侧均正常时,测量输出侧。插接端子x34是供给控制单元的直流24v电源,测量1脚和2脚进行确认,如果没有电压,则说明电源板开关电源部分损坏,需要更换电源板。电源板插接端子x32是供给主电路接口板,用作门级驱动电压,正常时用万用表测量(表笔接4脚),2脚-24v,3脚-15v,5脚+15v,6脚+24v,当出现功率模块无法触发或其他疑难故障时要重点检测该处。在本例中,经检测是电源板开关电源部分损坏,更换新板后故障排除。

图2 逆变器模块内部结构


3.2控制单元故障
(1)故障现象
驱动电机无动作,cdp312控制盘无显示。
(2)故障分析处理
首先排除直流24v供电电源故障。在本例中控制单元的输入24v电源正常,但控制单元namc板上电源正常指示灯(v4)不亮,这说明控制单元内部出现了元件损坏。一般情况下控制板元件损坏,用户是无法自己修复的,只能更换控制单元或namc板。但笔者通过对控制单元内的namc和nioc板的研究发现,在namc板的电源部分有一个贴片保险(f1),在以往损坏的控制单元中,该保险损坏所占比率在50%以上,说明该处是的acs600变频器控制单元的一个薄弱环节。该保险损坏时外观并无异常,可以通过万用表测量检出。由于该保险是非常小的贴片元件,无法直接更换,笔者采取将保险两端信号线引出,在外部串接玻璃保险管的方法,对损坏控制单元进行了修复,效果良好。以前遇到过类似问题的朋友,可以查看一下以往更换过的故障控制单元,看看是否同一问题,如果可以采用这种方法修复的话,将使价值万元的元件获得重生。
3.3 igbt功率模块故障
(1)故障现象
驱动电机无动作,变频器接收到运行信号后马上报“ppcc link”故障。
(2)故障分析处理
“ppcc link”按照变频器手册上的提示是nint板和namc板之间的光纤连接出现了问题。但实际情况却并不是这样,事实上光纤连接故障发生的概率是非常之低的,“ppcc link”的出现往往伴随着igbt功率模块的损坏,这是笔者多年来在acs600变频器维修过程中得出的经验。检修时,首先通过检测排除光纤连接故障。然后对igbt功率模块进行检测(每块igbt由三个独立的模块构成,既可独立运行,也可并联运行)。在进行测量前,igbt要脱开交流侧的电机连接电缆和直流汇流排,否则会产生由电容和电机绕组带来的错误测量值。用万用表的二极管挡,对igbt各模块的交流侧端子(p)和直流正极(+)、负极(-)进行测量。正常时,黑表笔接p,红表笔接-,显示为0.34v,表笔对调时截止;黑表笔接+,红表笔接p,显示为0.34v,表笔对调时截止。在本例中,igbt 其中一相的模块的+、p之间短路,说明该相的一只续流二极管已被击穿,需要更换igbt功率模块。按照变频器手册的要求,在更换igbt时需要同时更换主电路接口板和门极驱动板。这说明多数igbt功率模块的损坏是由于主电路接口板和门极驱动板损坏后提供了错误的触发信号造成的。笔者在对igbt功率模块损坏的现象和原因进行了多年的探究后发现,igbt的损坏可分为两类,一类是功率模块整体的炸裂,还有一类就是前述的模块单相的击穿,前者就是由于主电路接口板或门极驱动板损坏造成的,而后者主要是由于线路中瞬时的电压、电流的波动造成的,这种情况可以不必更换主电路接口板和门极驱动板,从而降低维修成本。
3.4电容器故障
(1)故障现象
驱动电机无动作,cdp312控制盘无显示,直流熔断器熔断。
(2)故障分析处理
直流熔断器熔断,说明线路中存在短路点,首先重点排查igbt功率模块。在本例中,igbt模块经测量正常,线路测量也未发现短路点存在,线路及各控制板、元器件也未发现烧灼痕迹。静态测量时正常,而故障现象显示存在短路点,这说明有元器件在加载电压后,特性发生了变化,可能发生这种情况可能性最大的就是电容类元件。这时可以采用一个简便的方法加以验证。从直流母线直接用导线连接到电容器组,导线上串接一个660v 10a的快速熔断器,然后上电测试。本例中,在直流母线上电时,随后伴随一声清脆的“叭”的声响,快速熔断器熔断,从而证实了有电容器被击穿放电。在对电容器仔细检查后发现,一只电容器的外皮上有一个米粒大的放电孔,更换后故障排除。电容器损坏后用万用表是无法检出的,有条件的可以用专门的电容测试仪进行检测。按照变频器手册上的说明,电容器的最小使用寿命为100000小时,但其受工作条件(主要是温度、载流量)的影响很大。这里需要注意的是电容器备件不能长期存放,在使用前要定期充电,至少每年充一次,可以自制充电器在机下进行。
3.5放电电阻故障
(1)故障现象
驱动电机无动作,cdp312控制盘无显示,直流熔断器熔断。
(2)故障分析处理
直流熔断器熔断,说明线路中存在短路点,用万用表测量显示逆变器直流正负汇流排之间短路,在脱开igbt功率模块和电容器组后,短路依旧。在正负汇流排之间和电容器组并联了一个电阻,其作业是在变频器系统停止运行后,释放电容器上存储的电能,其安装在功率模块的散热器背板上,比较隐蔽不易发现,其引出线与汇流排相连,常用的有4700kω和6800kω两个规格。在本例中,该电阻外观有明显的烧灼痕迹,用万用表测量阻值为零,更换后故障排除。

4 结束语
以上是笔者在进行acs600多传动变频器维修工作中遇到的有代表性的故障实例,希望通过这些实例维修过程中的故障分析、判断和检测方法,可以给从事相同工作的朋友带来一点点帮助,也希望大家和我进行交流,多多批评指正,共同提高。

作者简介
赵灵军(1975-) 男 工程师,主要从事港口大型装卸机械电气系统的运行维护。在港口机械plc自动控制、变频器的应用与维修、变频器的谐波抑制等方面有着较为深入的研究,在abb、西门子、安川等品牌的变频器维修方面有较高的技术水平和丰富的经验,本人主持进行的“戊己码头供电系统谐波治理”,曾被评为2008年度中国港口科技进步二等奖。

参考文献(略)

[我要评论] | 本文来自:2011年第7期“故障处理”上 ,已经被阅读过76071
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