丹佛斯变频器常见故障及维修对策

丹佛斯VLT5000系列变频器常见故障及维修对策
danfoss（丹佛斯）公司是世界上首家变频器生产厂家， 作为欧洲享有盛誉的品牌，具有调速性能好、调速范围宽和运行效率高，使用操作方便，且易于同其它设备接口等一系列优点，从进入中国市场以来已被广大用户所接受，并被广泛应用于纺织、印染、灌装生产线等行业。在变频器的应用过程中，也会遇到各种各样的故障现象，借助于变频器自身的诊断功能，并通过平时工作中积累的经验来提高处理变频器故障的技术水平，这将明显地缩短对变频器故障处理的时间，我公司为粘胶短纤维制造行业，生产线上共使用了二百多台丹佛斯5000系列的变频器，在使用中因环境（温度、湿度、腐蚀性气体等）影响，出现了许多的故障报警，多年来我们在实践中不断学习和探索，积累了一些故障维修、日常维护保养的经验，下面对丹佛斯5000系列变频器产生的故障现象进行介绍与分析，此文中电路板图为维修过程中实际测绘下来的（论述问题涉及到的部分电路，请参见相关电路板图），仅代表个人意见，供大家在维修时参考。

2 变频器的组成、常见故障现象和故障处理
2.1 变频器的组成

图1 变频器系统框图
变频器是由主回路和控制回路两大部分组成的(见图1)；主回路由整流器（整流模块）、中间电路（滤波电路）和逆变器（大功率晶体模块）三个主要部分组成，控制回路则由单片机、驱动电路和光电隔离等电路组成。
(1)整流器它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压
(2)中间电路的三种作用
● 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用；
● 通过开关电源为各个控制线路供电；
● 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。
(3) 逆变器
将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。
(4) 控制电路
它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、接收控制电路。
控制电路的主要功能是：
● 利用信号来开关逆变器的半导体器件；
● 提供操作变频器的各种控制信号。
当变频器出现故障时，它的保护功能自动运行，变频器立即跳闸，电机由运行状态到停止，报警指示红色发光二极管开始闪亮,液晶显示部分提示报警信息代码或故障内容。这时可以根据信息代码来分析判断变频器的故障范围，如果是软性故障，可将变频器进行断电复位。如还不能恢复正常，只能采用手动或自动初始化，初始化正常后按照参数表重新将数据输入设定。这样，变频器就可以在故障较轻的情况下恢复正常使用。若经以上操作后变频器仍不正常运转，就要根据故障现象来检查变频器损坏的部位，更换元器件或电路板。故障查找时必须按变频器的提示顺序进行。在维修过程中，根据故障情况要用数字万用表来检测电子元器件的好坏，如测量不正确就很可能导致错误判断，这将给维修工作造成困难，希望各位同行注意。
3 变频器常见故障现象和故障处理
我公司使用的vlt5000系列变频器在运行中常见的故障有：多种故障错乱出现（报警5、6、7、8）接地故障（报警14）、电机uvw相丢失（报警31.32.33）、通讯故障等。
3.1 开关电源损坏  
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这是众多变频器常发生的故障，通常是由于开关电源的元器件损坏或负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器uc2844来调整开关电源的输出，同时uc2844还带有电流检测，电压反馈等功能。当发生无显示，控制端子无电压，24v风扇不运转等现象时我们首先应该考虑开关电源是否损坏（一般为uc2844或电阻损坏）。如果不能判断是否电源故障，可以外接24v电源进行测试，测试结果一切正常可以判定为电源故障。
3.2 丹佛斯5011变频器的液晶显示屏上显示字母“14”报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 14”报警，变频器不能工作，重新送电后按reset键能复位，再启动时再次报警，查操作手册为接地报警，检查电机和相关电缆并无接地故障,也就是说故障在变频器。分析电路导致接地报警的原因为霍尔传感器输出电压信号到电流取样板再送到运算放大器进行比较，结果数值过大，（见图2）查检测部分霍尔传感器正常，检测对陶瓷基薄膜集成电阻r501时测其中的一路阻值因腐蚀已变无穷大致使接地不良，造成信号过强，引起报警，无原件更换，在上面焊同阻值大功率贴片电阻，重新启动后运行正常。接地故障是平时经常遇到的故障，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和信号传输电阻，由于它们受温度、湿度、腐蚀气体等环境因素的影响较大，工作点很容易发生飘移，导致接地报警。

图2 陶瓷基薄膜集成电阻r501故障
3.3 丹佛斯5016变频器“alarm 13”过流报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 13”报警，并能手动复位，不升速时正常，加速时就报警，重新送电，没有听到内部继电器吸合的声音，怀疑为充电电阻r401并联的接触器km1短路导致电流过大引起（见图3），用万用表测km1线圈两端电压正常，停电测线圈直流电阻，为无穷大，换新线圈后上电试车，一切正常。

图3 接触器km1短路导致电流过大
过流原因：
(1) 重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有：接触器开路，负载过重，机械部分故障；逆变模块损坏；电动机的转矩过小等。
(2) 通电后立即报警，这种现象一般不能复位。主要原因有：模块损坏、驱动电路损坏、电流检测电路损坏。  
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3.4 丹佛斯5006变频器“alarm 8”低压报警  
变频器液晶显示屏上出现“alarm 8”报警不能复位，经查线排端子104（1）为电压检测点，信号经ic403输送给控制板，并在内部与参数设定电压做比较，如果低与参数下限，变频器就会停车并报警显示故障（见图4），测104（11）点无电压，正常为2.3v说明故障点在前面，测ic403（3）脚无电压，测d1负极无直流电压，测变压器有交流输出，可以判断为4r7电阻损坏，换电阻后通电，试运行正常。

图4 4r7电阻损坏引起低压报警
3.5丹佛斯5006变频器“alarm 29” 散热片温度过高报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 29”报警不能复位，这是我们常碰到的一个故障。出现这种故障时，我们应首先看一下面板的温度显示是否超出参数设置的上限，如果超出看是否与现实温度相符，如果不相符说明检测电路出现故障，经查显示温度与现实不符，测电路（图5）14v正常，插头两端无电压，查电阻r207、r208阻值为无穷大，更换新件后一切正常。

图5 r207、r208损坏引出的散热片温度过高报警
3.6 丹佛斯5032变频器能启动有频率无电压
变频器显示正常，并能启动且有频率变化但没有交流电压产生，试换控制板故障依旧，说明故障在功率部分，测igbt及相关电路正常，当查到mk1-mk2的排线时，发现排线上有线因腐蚀造成接触阻值过大，用酒精、尖针修理后确切无误后重新通电，一切正常。
3.7 丹佛斯5004变频器屏幕无显示，灯频闪
变频器无显示但灯频闪，换控制板无变化，怀疑电源部分有故障，上电查功率板的电源各输出都有明显的闪动，说明电源有短路故障，断电用手接触各元器件，当接触到图6的ic408时，发现其温度过高，用万用表测量内部已严重短路，换新后通电测各电压正常，带电机试运行，未发现故障。
3.8 丹佛斯5006变频器面板显示时好时坏
变频器面板显示时好时坏，换控制板故障依旧，怀疑为电源接触不良，查各电源一切正常，测功率板到控制板之间的线排，发现有线接触不良，换新后重新上电一切正常。
3.9 整流桥损坏
丹佛斯5004变频器运行时前级保险烧毁，空开跳闸，并且听到变频器内部有异常响动，检查过程中，发现整流桥已损坏，炸出几条明显裂缝，测全桥已经短路，经查整流桥的型号为skb30/12参数是电流30a、耐压1200v完全符合技术要求，因变频器负载是拖辊、刀盘而且停车惯性大，且停车时有再生过电压现象，由于再生功率使直流电路电压升高，有时超过允许值，中间电压＋再生电压超过整流桥耐压值，即为整流桥炸裂的原因。根据以上原因，我们对变频器个别参数进行调整，如减速时间（210）由原5s延长到10s，三相输出u、v、w加压敏电阻（接法为△连接、加压敏电阻的耐压为1000v）。通过以上改进变频器的故障率明显降低。
三相整流桥模块检测方法：将数字万用表拨到二极管测试档，用红、黑两表笔先后测r、s、t相与p、n极之间的正反向二极管特性，来检查判断整流桥是否完好。所测的正反向特性相差越大越好；如正反向为零，说明所检测的一相已被击穿短路；如正反向均为无穷大，说明所检测的一相已经断路。整流桥模块只要有一相损坏，就必须更换。
3.10 igbt的损坏
（1）igbt模块因散热不良导致其损坏
丹佛斯5006变频器在运转中突然发出爆炸声响，同时外接保险烧毁，拆机发现变频器的igbt模块损坏。经过对相关板卡的测试，发现igbt触发线路损坏，测量其他板块正常。在拆卸变频器板卡时发现其电源板和电流检测板上有很多的油污和灰尘。打开变频器的散热片风机，看到散热片上也粘满了油污和杂物，将变频器的散热通道完全堵死。由此推断变频器的igbt模块因散热不良导致其损坏。
● 维修过程：首先将变频器完全拆开，将散热通道的散热片拆下，用空压气体将散热片清理干净， 同时将变频器内部结构件和板卡全部清理干净。安装igbt模块，安装igbt模块时候要按照模块的要求，顺序安装，力矩适度。修理触发线路，然后依次安装其他器件。安装结束后进行静态的测试，静态测试结果良好后进行通电测试和带负载试验。带负载试验合格，顺利完成维修。
● 经验总结：综合不同型号和不同的使用环境中的数台丹佛斯变频器维修情况，总结出变频器igbt模块损坏的主要原因是使用环境的恶劣，使得门极驱动卡上电子元件损坏以及变频器的散热通道堵塞导致。最容易损坏的器件是稳压管及光耦。检查驱动电路是否有问题，可在断电时比较一下各路触发端电阻是否一致。通电开机可测量触发端的电压波形。但是有的变频器不装入模块不能开机，这时在模块p端串入假负载防止检查时误碰触发端或其他线路引起烧坏模块。
（2）igbt模块的简单测量方法
变频器输出电压不平衡表现为马达抖动，转速不稳，一般没有经验是很难判定是哪路驱动有问题，这时可启动变频器2hz，用万用表直流电压档分别测：p-u、p-v、p-w及u-n、v-n、w-n的电压值，这6路电压这时也会不一样，那一路偏高则这一路有问题，其原理大家可自己画图分析一下。对于igbt模块，我们介绍最简单的测量方法（专业不是这样测量）将数字万用表拨到二极管测试档，测试igbt模块c1、e1、c2、e2之间以及栅极g与e1、e2之间正反向二极管特性,来判断igbt模块是否完好。以六相模块为例。将负载侧u、v、w相的导线拆除,使用二极管测试档，黑表笔接p(集电极c1)，红表笔依次測u、v、w，万用表显示数值为无穷大；将表笔反过来，红表笔接p，黑表笔測u、v、w，万用表显示数值为400左右。再将黑表笔接n（发射极e2），红表笔測u、v、w，万用表显示数值为400左右；红表笔接p，黑表笔測u、v、w，万用表显示数值为无穷大。各相之间的正反向特性应相同，若出现差别说明igbt模块性能变差，应予更换。

图6 ic408损坏引出的无显示故障
3.11 变频器检修顺序流程图
图7示出变频器检修顺序流程图。

图7 变频器检修顺序流程图
4 日常维护
操作人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器日常维护之前，必须保证设备总电源全部切断；并且在变频器灯完全熄灭的5-30分钟（根据变频器的功率）后再进行。应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理最大限度地降低变频器的故障率。
(1)冷却风扇
变频器的功率模块是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为20kh-40kh。按变频器连续运行折算为3-5年就要更换一次风扇，避免因散热不良引发故障。
(2)滤波电容
中间电路滤波电容：又称电解电容，其主要作用就是平滑直流电压，吸收直流中的低频谐波，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
在保养的同时要仔细检查变频器，定期送电，带电机工作在2hz的低频约10min，以确保变频器工作正常。
(3)防腐剂的使用
因我公司的生产特性，各电气mcc室的腐蚀气体浓度过大，致使很多电气设备因腐蚀损坏（包括变频器）。
为了解决以上问题我公司专门安装了一套空调系统，用正压新鲜风来改善环境条件。为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀，我们还要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工，维修后也要喷涂防腐剂，有效地降低了变频器的故障率，提高了使用效率。
5 结束语
变频器的科技含量较高，是强电与弱电相结合的，但是如果使用不当或偶然事件也会造成变频器的损坏。要想使变频器正常的运行少出故障，这对维修人员技术水平要求极高，同时维修技术人员对现场环境、设备、工艺等的充分了解也是十分必要的。以上是本人在变频器使用与维修中的一点经验和心得，本文测试仪表均为fluke177型万用表，如用指针表个别参数可能不一样。希望与各位同行共同讨论希望能给大家提供一些参考，如有不妥之处，请批评指正。