电梯变频器的维修与测试

标题：电梯变频器的维修与测试

作者：广州郡控王工

一、关于驱动的类别

变频器在工控维修行业中，是绕不开的入门级设备，变频器的主要作用就是驱动电机，把小信号转换为受控的交变电流电压。在实际维修中，驱动控制设备也是最容易损坏的。



驱动的种类很多，其中变频器最具代表性的。乍一看，交流控制产品已经成为市场主流。但直流控制产品，事实上也并没有退出历史舞台，以abb公司的dcs直流调速器系列，西门子的6ra直流调速器系列为例，直流调速器的更新换代，几乎和变频器是同步的。直流调速适用于大功率，低速高扭的应用场合，虽然马达昂贵，维护也麻烦些，但其功率可观啊！轻而易举就可以做到兆瓦级别，而且控制精确度依然非常的理想。高端直流调速器技术，欧美最具代表性，这点连日本都不行。国内有生产，不是仿制品就是山寨货，没有叫得响的独立品牌，最具代表的如etd（易泰帝），其实血统还是泊来的，但已经好歹将复杂的操控界面中文化了，这点还是要点赞的。

交流近年进步最快的就是永磁同步驱动，但这玩意儿，对付一些大功率设备就要局限了，成本同样不低。然后就是伺服驱动，在所有的驱动器类别中，伺服的技术含量最高，具备三环反馈，对配套马达有严格的定义和要求。欧美的驱动，伺服，运动控制器，硬件设计上大抵是通用的，应用灵活，性能稳定。不同的控制场景，生产商都有自己核心的解决方案：刷伺服固件就是伺服控制器；刷变频器程序就是一台高性能的变频器。日本人对伺服的研究也很深入，产品各项指标不比欧美货逊色，但日本的伺服器和伺服马达配套太严谨，代换性较差。

伺服产品市场巨大，国内也有生产厂商，但产品的综合实力还在追赶阶段。

二、电梯驱动变频器



有了以上各种类型的铺垫，电梯变频器就隆重出场了。电梯属于特种设备，和生命安全挂钩，电梯变频器的技术，介于变频器和伺服之间。但可以负责任的说一句，会修变频器的技术人员，不一定就会修电梯变频器。

先分析一下电梯变频器：电梯变频器的原理和变频器是完全一样，不同的是控制方式：

（1）矢量控制方式，矢量控制在今天好像是烂大街的技术，那只是应用场景多了，市场也成熟了起来而已。这个术语翻译起来也不是一句两句解释得清楚的，大体可以这样比喻：矢量控制就是：只要变频器启动，就可以得到恒定的转矩。

（2）闭环，其实电梯变频器的闭环控制，精确度要求倒不是很高，编码器也就是增量编码器。但很多的维修难点就出现在这个编码器和控制器之间。比如反馈信号问题，报过流故障，电流传感器问题，也是过流故障，驱动、模块问题，同样是过流故障……

（3）制动，电梯变频器属于起重控制设备，起重嘛，上行的时候狂出力，下行的时候狂发电，这就多出一个刹车制动单元来。这个单元当然也可以外设，但经过现场测试，外设的制动，反应和效果还是要稍微差一点。制动电阻开路或模块短路都会报警。

（4）辅助功能，除了现在一体化电梯变频器，好多分体式变频器都采用段速控制的，段速控制原理简单，就是电梯运行时：爬行，中速，高速对应变频器不同的端子点而已。除了段速控制还有外部故障控制，马达抱闸释放，故障检出等一系列安全输入输出功能。

电梯变频器属于起重设备，采用了闭环控制，提高了执行过程的精确度，更好的保证了转矩的输出，保证了对舒适性的硬件要求。不过舒适性主要集中在程序调试方面，和硬件关系不是太大。由于采用了闭环控制，很多故障和外部互动性强，在维修判断上，要注意多观察一些细节。

维修过程中，关于参数，在没有备份的前提下，能不修改就尽量不要去修改，以免硬件修复了，软件却无法匹配上系统，导致无法运行。

三、电梯变频器的维修实例

以前的电梯，匹配的都是进口变频器。变频器只是电梯的一个核心设备，品牌不一定一样。打个比方，日立的电梯不一定就配日立的变频器，富士的电梯也不一定就是富士变频器。电梯是一个系统设备，品牌很多，有些品牌我自己也没见过。但驱动器这东西，作用大同小异，万变不离其宗。十几年的维修生涯中，接触较多的品牌有：MICOVERT米高、keb科比、HITACHI日立、FUJI富士、YASKAWA安川等等，后来国产入局，才有了驱动控制一体机，接触如MONARCH默纳克，MODROL蒙德，YOLICO优利康等等。

下面说一些常见品牌的维修案例：

（1）FUJI富士



日本企业在国内已经深耕多年，三菱，日立，富士电梯早已三足鼎立。我公司附近就是日立的工业园，主要就是生产电梯。这里单说富士电梯变频器。富士最早的电梯变频器应用，可以追溯到vg3的年代。Vg3变频器是富士最早带矢量控制的变频器，控制板+电源+驱动在一张pcb板上完成。就是现在，市场上还有vg3系列的产品在服役，时间应该有20年以上了，可见其产品性能的可靠。往后的换代产品就是vg5系列，vg7系列……

一台富士vg3电梯变频器，启动报警oc过流故障。我说过，电梯变频器过流和外部相关，在指导用户排除，马达，抱闸，编码器都没有问题，客户发过来维修。以前的产品，板大，关键元件采用分立件。首先怀疑驱动有问题，富士变频器电源采用高频开关电源，滤波电容用得很小，实际检测从cpu输出到驱动的信号，6个桥臂全都正常。第二步是检测编码器脉冲反馈电路，就发现了问题，原来编码器a相反馈光耦有一个触发不良了。更换元件后，先加负载模拟试机，输出正常。修改参数，然后带马达运行，检测电流电压，输出已经正常。

题外话：日本早期的驱动设备，用料十足，稳定性那是没得说的，更绝的是，程序应用非常适合于我们亚洲人的思维，好上手也好维修。但后来的产品虽然也玩起了心眼，稳定性大打折扣，维修成本高，代换反而容易。但技术就是这样被时代推着走的，无可厚非。

（2）Keb科比



科比是德国产品，电梯产品以前是f4系列，现在最多的是f5系列。科比的硬件设计堪称一绝。关键部件用自己研发的陶瓷厚膜，即使节省内部空间，也增加了产品的稳定性。keb的硬件讲究够用，而且恰到好处，不像西门子施耐德的东西，想得多做得也复杂，到头来性能也没见提高多少啊（吐槽）。科比喜欢隐藏自己的参数，明明几千条参数，一般和用户见面的，就几十条，且背后的逻辑关联太复杂，一台机几套应用程序备装，应用困难。

实例：客户送来一台f4 22kw电梯变频器，来的时候电源烧了，整机无显示。22kw的f4有两个电源，一个高压一个低压。奇葩的是震荡厚膜，用了个555时基芯片，但已经炸了。时基芯片看起来简单，但集成在厚膜上，买不到啊，要命的是电阻阻值都是印制上去的，根本推算不出这个震荡频率是多少。考虑再三，决定用拆机下来的3844电路板代换，反正次级加在24v电源上取样就是，这样就不用去推敲这个古怪的电源震荡频率。电源维修方案好了，又有配件，一次成功。但，电梯变频器是闭环控制的，怎样试机？科比我玩得多，有调试软件，我一般是先把程序用软件备份下来，修复的时候如果需要带马达确定，就换一个控制模式开环试机，试好后装载原来参数，然后用模拟测试仪测试一下（主要是编码器反馈）。

科比的变频器，如果参数没有条件备份，建议还是不要改参数试电机了。只要改了控制模式，改回去用户基本宣告用不了，客户用不了你怎么叫他付钱？

（3）MICOVERT米高



说真的，修过很多米高的电梯变频器，我一直搞不懂米高这个品牌是那个国家的，貌似和默勒有点关系，但现在已经在国内生产。目前市面上就两款产品：MICOVERT340，MICOVERT2003！在现代这个开关电源如此成熟的今天，米高变频器依然坚持用自耦变压器降压供电，使整张控制板显得相当的笨重。米高这个机子，可以说主要针对电梯驱动而设计的，目前为止，我也没见过米高的驱动产品匹配在那种工业机械上。电梯变频器追求稳定，功能越简洁越好，米高电梯变频器的用户界面也不复杂。修米高电梯变频器，要说麻烦还是有的，就是那个带封装的驱动模块，上下桥一个组合，一台变频器三个驱动模块。那东西真出了问题，就只能更换。

维修实例：用户修一台340电梯变频器，本来工作正常，停机检修后，就一直报过压。电梯变频器的过压，要细分：启动就报过压；上行中报过压；还是下行过程中报过压！？故障点是不一样的。如果是停止或者启动中报过压故障，故障点一般在母线检测电路，或者蓄能电容，容量下降。如果是下行中报警过压，故障点一般出在制动电路，因为电梯变频器下行过程中，变频器并没有真正输出功率，此时的马达等同于发电机原理，经IGBT模块反向充电，这时，会导致母线电压直线升高。

这台变频器静态的时候，母线电压正常。于是便断开取样点，从外部加入一个模拟直流电压，进行调节，观察面板显示，变化幅度正常，由此我确定检测电路是好的。继续检测制动电路：模块没烧，让客户测了外接电阻，也没有短路，维修一时找不到故障点。然后反复分析对比，发现制动动作时，和程序检出显示偏差较大，且不规律。正常电梯变频器设定780-800v的母线电压，为制动动作临界点。也就是说，只要母线电压高于800v，制动模块就开始导通放电。经桌面测试，发现有时母线还在700v的时候，制动模块就已经动作了，有的时候，母线电压都过了800v，但制动单元才开始动作。

沿这条线索反向推理，最后发现是一个供电的滤波电容容量下降了，更换后故障排除。

为什么以前工作正常，检修后故障就出现了？电容容量下降，有个递减的过程，热机时，容量不到临界点是不会出现的，但一旦停机后正常冷却，再上电，故障点就直接暴露出来了。这样的案例很多，如keb变频器的电源，一直工作一直正常，但一旦检修，第一次上电可以，但连续开关上电，电源就不起振了，原理也是一样的。

（4）MODROL蒙德



蒙德是国产电梯变频器，货梯上用得较多，比如广州珠江富士电梯的驱动变频器，就是蒙德产品。蒙德这个品牌，在国内名气不大，但其悄咪咪已经渗透到了一些行业设备，如起重，机床，注塑这些行业。就行业定位来说，蒙德的定位还是比较专一的，产品在国产品牌当中算优秀的了。但蒙德的产品贵，不便宜，论市场占有率，估计没有江苏默纳克。

实例：一台蒙德ism-gl3的电梯变频器，无显示，别人修过。搞设备维修的，最怕别人修过的机子，这无关同行的技术如何，主要是每个人分析电路的思路不一样：有的上来就动烙铁，有的喜欢用代换法……这台变频器据说是模块炸，同行换了模块，但装机后，电梯轿厢上行过程中，偶尔会报过流过载故障。兄弟单位怀疑编码器有问题，现场更换后还是一样。

我的分析是：电梯能启动运行，而且故障多次是上行过程中出现，故障点应该在电流检测电路或者驱动电路，因为电梯工作时，上行时全功率运行，这时候电流反馈的相位差，幅度最大，反应出来的现象是马达声音轻微不对，实测一相电流稍大。

带测速的闭环控制变频器，工作时电流的动态反馈，两相的幅度大小必须一样（相位不一样）！因为这个检测反馈幅度，会送到cpu处理器，与输出相电流，作差分比较，倘若一相幅度偏小或者偏大，控制运算电路就认为，相关相位电流不够，延迟驱动输出脉宽，从而提高了输出电流，导致马达三相不平衡，引起过流过载故障。

确定了维修方向，先从简单的做起：取下IGBT模块，给霍尔电路做交流动态检测，结果霍尔输出完全正常。检测驱动电路，示波器上场，触发翻转也正常。注意：可以触发并不代表驱动电路就完全正常，还要检测触发电源，将示波器延时调短至us级，测滤波供电，结果发现w相纹波较重，实测电容容量，已经下降了一半以上，更换电容。现场试机，过载问题彻底解决。

电容纹波这个问题，不管是进口品牌还是国产品牌，都会出现，在电子元件中，电容的质量最难把握，且受环境影响因数也最大。但有的品牌电容，如爱普科斯EPCOS，质量的确点赞。维修工控产品，最好不要用民用级别的元件，代换工业级别的元件。进口的电容，目测就是个头大，容量小；国产的恰好相反，就是个头小，容量大。但别以为国产的技术更先进，在皮实耐用上，进口甩国产产品老远。比如lenze伺服器上用的电容，漏液都比较明显了，设备照样能坚持一年半载。国产的如台安，海利普，有的电容也不见蜕皮啊，但故障大多和电容有关。

四、怎样测试电梯变频器？

（1）改参数，匹配自己的马达试机



电梯变频器维修，除了一些经验，原理分析，需结合实际应用场景，推导故障原因，最主要的困难还是不好试机！vf控制称开放式控制，自适应相当强，15kw的电机你用22kw的变频器试机，没有问题，你用11kw的试机，也可以运转起来。但闭环矢量控制就不行，闭环矢量是建立在一套函数算法公式上的，对匹配的马达要求很高，什么电阻，电感，电动势都有固定的算法。你马达容量大了，不行；小了，也不行！电梯变频器虽然只在外边装了一个增量编码器，没有定位定点的要求，可是对马达的参数，是有严格要求的。

这就是为什么我们用普通电机，启动要么过流要么过载的原因：因为维修机都是记忆了匹配马达的参数的，你如果精确知道自己电机参数，只要在驱动器容差范围之内，输入到维修的变频器中，当然也能运行。但有的时候我们又必须试机，否则连自己也不敢确定好坏。

这个时候建议先备份原机参数。方法有两种：

一是找到变频器控制板上的eerom存储器，用编程器，把里面的数据读出来备份（这种方法不管用户有没有设定密码，都能备份）；

二是用调试软件将数据直接传送到电脑上保存起来。第一种方法比较麻烦，也有风险（读取过程中掉数据）；第二种方法，虽然简便，但好多维修人员都没有相关的软件（或软件数据线）。

做完备份，你就可以随便玩了！如果只为了测试输出通路，输出电流这些的话，您只要改变控制方式，（比如科比，你只要把ud2=1）修改一下马达参数，应该就可以运行起来了。反正目的只有一个，就是让电机转动起来。完事了记得把参数复原回去就是了。这样经过自己的确认，修好了几乎就修好了，再有问题，就要考虑外部原因了。

（2）用模拟测试仪进行输出测试



模拟测试，在维修高手之间早就在流传，但把模拟测试做成一个可以兼容的维修测试设备，我是第一个。

什么是模拟测试呢？

就是让被测试的设备运行起来，可以加速，驱动输出，模块控制，端子控制，编码器反馈，都处在真实的工作状态中。模拟测试仪也可以带到现场，让驱动器运行起来，直观的判断现场的编码器，输出缺相等问题。

模拟测试仪这东东，兼容了上位机和测速反馈的功能，我还是挺喜欢的，有了它，不但可以测试电梯变频器，也可以测试注塑机驱动器。但这东西毕竟只是模拟，无法带马达运行，对变频器运行中出现过流故障，是没办法检测的（模拟测试只是带灯泡运行，无法模拟出实际电流）。好处是，不用修改任何参数，直接就可以启动运行起来！也不用担心修改参数后无法复原，相同的系列产品，一条线控制线+一条反馈线，直接搞定。不同的品牌，加转接线，也可以启动运行。当然，模拟测试只是一种工具，目的无非是提高维修件的成功率，真正遇到电流检测电路有问题的，还得做动态检测才行！根据自己的经验，过得了模拟测试的，修复成功率达90%+应该没有问题。

五、结尾

关于电梯这个行业设备，已经和我们的生活息息相关了，也有一部分同胞在这个行业从业。以上所列举实例，只是针对电梯这个系统的核心设备——变频器的维修经验和看法，不完整，也不全面，供业内人士参考。