西门子MM430变频器修复过程:
一、用户反映;该变频器停机时正常,隔了一天后,再起动时,听到内部发出“啪”的一声响,连变频器的面板显示也熄灭了,电机不能起动。用户应急将电机改接到工频电源上,以满足生产供水要求。
二、拆回检查:1、发现逆变输入模块炸裂,输出U、V、W端子已短路;2、发现10Ω40W电容充电电阻烧断。原因为逆变模块短路后(后查出此电阻短接继电器也已损坏),其浪涌冲击电流将其烧断;查出并接在主整流回路上的尖波抑制电路的二极管RU4C21和电阻(二者并联后串接小电容)同时损坏,10Ω5W电阻已开路,二极管短路。
三、原因分析:限流电阻的损坏,是浪涌电流冲击所致;但尖峰电压抑制电路的电阻和二极管同时损坏,说明直流回路中出现了异常的波动剧烈的冲击电压,有可能存在电网电压异常的冲击,使其瞬间损坏,是否由于逆变模块的短路瞬间,造成电网电压波动,以至于损坏了尖波抑制网络呢?逆变模块的损坏,可能是由于电机时有堵转现象或由于器件老化、电网电压冲击等原因吧?
四、修复:粗测滤波电容器无短路,也有“容量”;将损坏模块拆除,将其它损坏元器件更换新品,送电后有显示,说明电源及控制部分基本正常,测开关电源各路输出都正常。
因为是OPM智能模块,新品价格不菲,故购买了一只拆机品,更换后带三只15瓦灯泡试机,一切正常。由于手头也没有合适的负载试机,便认为已经修复完毕,可以交付使用了。
五、现场安装试机,第一次起动时,才起动到30多Hz,跳“减速过电流”保护停机。将其复位后再起动,起动过程中听得“啪”一声,前级空气开关跳闸,变频器内冒烟。又应急接成工频运行,将其拆回检查,损坏情况与上次大致相当,逆变模块炸裂,连充电短接继电器的触点都已烧融,其触点引脚竟被电弧烧断。二极管RU4C21又已击穿!这只管子的耐压值相当高,大概高达1600V。回忆工频起动过程,时间很短即能顺利起动,起动电流也不大,负载并不重。看来模块的损坏,过流只不过是一个表面现象,或者不是主要原因。造成功率器件大面积损坏的原因,是直流回路中出现了异乎寻常的高电压,甚至于出现了谐振过电压,以至于超过了RU4C21的耐压值而导致其击穿,逆变模块的损坏原因可能也源于此,先是由过压造成击穿,电压性击穿使电流剧增(实际上是输出三相短路),而接着又导致了热击穿。这种过电压发生得是如此迅疾,如此猝不及防,连变频器一向颇为自许为灵敏度极高的电压、电流保护电路竟都来不及动作,击穿过程已经结束。
检测现场电机的运行电流在额定值以内,电机状况良好,三相工作电压均在额定值以内,外部的电气和机械环境都看不出什么异常,其异常只能发生在变频器内部。那么症结究竟在哪里呢?
逆变模块的损坏,除了外部负载的长时间过载,散热不良和雷电冲击外,究其内部原因,电容的容量减小、失容和失效,是导致其损坏的致命杀手!电容的容量减小,轻者表现为带负载能力差,负载加重时往往跳直流回路欠电压故障,电容的进一步损坏,则形成对逆变模块的致命打击——电压检测电路来不及报出故障。尤其是大功率变频器中的电容,运行多年后,其引出电极常年累月经受数百赫兹的大电流充、放电冲击,出现不同程度的氧化现象,用电容表测量,容量正常,但接在电路中,则因充、放电内阻增大,致使直流回路电压跌落,变频器不能正常工作,检修人员往往会作出误判。而失容后则极易出现谐振过电压导致炸裂模块。检修两年以上或运行年限更长的变频器,尤其不能忽略对储能电容的检查;对逆变模块说不清道不明原因的损坏,则应彻底检查直流回路中的储能电容!
现在倒回头来看一下该变频器未损坏前跳“减速过电流”的有趣现象。应该说明的是,减速过电流是发生在加速起动的过程中。在起动过程中,直流母线电压检测将延时动作,以避免起动过程中因电流增大而导致的电压保护误动作。因电容已经失效,电压的跌落以及纹波的扰动,使起动电流剧增,变频器在此时所能实施的动作,便是减缓频率上升速率,并进而将起动频率自动下调,以使电机的转差率维持在一定范围内,抑制起动电流。等到电流回复到许可值以内,再继续升高频率起动。变频器起动过程中的智能化控制大致就是如此。在起动过程中出现了过电流现象,变频器启用的将频率自动下调(降频减速)这一“刹手锏”,因电容的失效,没有起到作用,出现了减速过程中的过电流。反之,起动过程中的电流(电压)的扰动,使逆变模块数次处于过流或过压击穿的边缘上,此际过电流是个“显”现象,而危险的过电压则“潜伏”在此一过程中,变频器确实检测到了减速过电流,只有停止起动,以求自保。程度不太严重的过流,只会引起模块的温升,但不会导致瞬间损坏,而危险的过电压则可轻易使逆变模块击穿于目不交睫的瞬间!
将该变频器的失效电容更换后,再换掉损坏的逆变模块,现场试运行,起动过程也不再出现“减速过电流”,短时间内反复起动了几次,起动电流都在额定电流值以内,变频器投入正常运行。该台变频器被有效修复。
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