玻璃纤维设备中变频器故障诊断技术研究与分析

摘要：玻璃纤维因其较优异的性能，作为一种无机非金属材料抽成丝后被广泛运用于工业生产中。但玻璃纤维设备中的变频器在投入使用后，因其柔软的质地和长期不间断使用容易产生一些故障问题，一旦发生故障，将会对整个生产系统产生不利影响。文章在分析变频器故障诊断技术问题的基础上，重点分析了变频器诊断的技术手段，为实际问题提供了可靠的技术指导。

关键词：玻璃纤维设备；变频器；故障诊断技术；信号处理；故障树；神经网络

中图分类号：TP307 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0011-02

玻璃纤维设备中的变频器在克服传统变频器设备工作效率低、能源损耗大的基础上显示出较大的市场优势，被广泛运用于工厂的自动化生产过程中。由于电子设备本身具有易损耗的特性，在使用过程中容易出现各种故障问题，对企业的经济利益和生产效率造成不利影响，需要对其进行设备的技术诊断。当前，在变频器故障诊断领域中，比较热门的解决办法是故障诊断技术，这一技术已经成为变频器故障诊断的主流手段之一。

1 相关概念界定

1.1 玻璃纤维

玻璃纤维属于一种性能较优的无机非金属材料，主要包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁和氧化钠等主要成分。是通过将矿石研磨成粉后投入到池窑中燃烧，经过超过2000℃的高温熔制，熔成玻璃液，然后通过漏板流出冷却拉丝而成的产品。在实际生活中，玻璃纤维作为一种复合材料中的增强材料、电路基板和电绝缘材料等投入使用。

1.2 变频器

变频器作为一种精密的设备装置，包含整流电路、限流、驱动、滤波、逆变、制动、保护等电路，是由以上这些电路设备组合而成的电子器件。它属于交流电动设备的调速变频技术，具有调速效率高、精确度好、调度范围广、操作简单方便、稳定可靠等优势。一般按照其内部电路结构形式进行分类，可以将其分为交-直-交变频器和交-交变频器。

1.3 故障诊断技术

这一技术发端于20世纪中期，主要是一种应用型的技术设备。故障诊断技术主要包含两个方面的作用：一是对运行过程中的设备进行故障监测与排查；二是对已经出现故障的设备进行故障问题的判断，查找出现故障的明确原因。目前，故障诊断技术在工业化国家和地区被广泛采用，越来越受到人们的重视。

2 玻璃纤维设备中变频器存在的常见故障问题

2.1 参数设置方面的故障问题

众所周知，在玻璃纤维设备中，变频器的额定容量及其参数设定是在一定的海拔高度和环境温度下标示出来的，变频器使用参数的基本指标一般都是在1000m以下的海拔加上25℃～40℃之间的温度。如果在池窑生产中，玻璃纤维设备中变频器的使用环境超出了该项基本使用指标，就会导致变频器的参数、型号等存在降容故障问题。当玻璃纤维设备中的变频器在原料高温熔融、玻璃溶液被拉制成纤维丝状的过程中，如果参数不合适，不仅会使玻璃液拉不成密度统一的连续玻璃纤维，而且经常会出现拉断等方面的问题。

2.2 过压方面的问题

对于变频器而言，其工作电压都有一个使用范围，如果超过正常使用范围，则会损坏变频器，出现故障。在实际工作中，常见的过压问题主要表现在：由于输入交流过多的电压导致的故障问题；在发电时的过压问题。输入交流电源过压的问题一般都发生在节假日线路负载较轻而电压较高的情况下，变频器出现故障问题后，需要断开电源，停用一段时间后再送电启动即可。发电时的过压问题出现频率一般都较高，当电动机的实际转速比同步转速高，而电动机又处于发电状态或是频炉工作状态并向电网回馈能量时，变频器在没有安装制动单元的情况下容易出现过压故障问题。

2.3 其他方面的问题

这方面的问题主要包括过载、过流、欠压、温度过高。过载故障主要是变频和电机方面的过载问题，一般都是由于时间过短、电压过低和负载过重引起的，过流问题与过载故障不同，它是由于变频器的输出短路而引起的故障问题。虽然前面论述了过压导致的变频器故障问题，但当电压不够时，玻璃纤维设备的变频器故障也会出现，因此需要把握好这个电压力度范围，减少故障问题的出现。最后，还有一个温度过高的问题，温度太高，容易烧断变频器的拉丝，使传感器异常，出现故障问题。

3 玻璃纤维设备中变频器故障诊断的技术方法

当前，我国玻璃纤维设备中变频器故障诊断方法主要有以下三种：

3.1 信号处理的故障诊断法

傅立叶认为：通过对关键部位进行信号波形的诊断分析，将时域信息转换到频域分析，依据信息转换时的幅值特征来进行故障的诊断，进而判定故障的类型以及元故障的具体位置。另外有些专家提出沃尔什的信息故障分析法，认为只要对故障中的关键点进行沃尔什转换，将时域信息转换成频域信息中并做相应的故障特征分析，也能够确定具体故障的位置及其类型，只是与前者所使用的检测方法不一样而已。无论是哪一种信号处理的故障诊断方法，都有一些共同的特点，即反应灵敏度高、故障诊断快、操作简单方便等。通常采用信号处理的故障诊断方法需要有一些参数的设定，而设定的方法没有统一的格式，一般都需要有关专家凭借自身的经验来进行设定，这也是采用信号处理法的弊端之一。

3.2 故障树的故障诊断法

故障树诊断模型是一种提前设定好的因果模型，依据诊断对象的基本结构和功能特性进行模型的设定。这种诊断方法反映了系统内全部信息的逻辑关系，通过一种倒树状的结构形式表现出来，将变频器中最不希望出现的故障信息设定为顶事件，将导致故障信息发生的原因信息设定为底事件。一般情况下，都会将需要诊断的故障对象作为顶事件，在对故障进行分析以后制作出相应的故障树模型，最后根据模型类型，采取适当的方法实现故障原因的查找与诊断。

3.3 神经网络的故障诊断法

这种诊断方法不需要特定的参数模型，对于那些很难确定故障类型及其故障信号之间逻辑关系的场合比较适合。在克服传统式故障诊断方法弊端的基础上，神经网络的故障诊断法为快速、有效地进行故障分析和定位作出了贡献。当然这种方法也表现出了许多弊端，例如试验样本获取难度大、没有考虑到相关领域专家的实践经验、神经网络的表达形式一般人很难理解把握等。

除了以上三种主要的变频器故障诊断方法以外，还有一些专家从其他角度提出了故障诊断技术，例如电压源逆变器故障诊断法和六路触发脉冲的故障诊断法等。

4 玻璃纤维设备中变频器故障诊断技术今后的发展方向

变频器故障诊断技术虽然被广泛运用于各行各业的电子设备中，但由于其基础理论薄弱，发展历史不长，因此还需要不断努力，将今后的技术研究朝着特定方向发展。

需要不断引进国外先进成熟的技术理论，将这些理论不断运用到具体实践过程中反复试验。争取克服现有变频器故障诊断技术的弊端，不断借鉴其他领域的理论成果运用到变频器的故障诊断过程中来，采用联想记忆和ART、自组织等神经网络理论领域中的研究成果来帮助变频器进行故障的诊断和分析。在研究方法上，要不断研发新的变频器诊断方法，融合多种诊断方法于一体，互相取长补短，克服单一诊断方法带来的各种

弊端。

5 结语

变频器是一种较为复杂的电子设备，在玻璃纤维设备中的实际运行过程中会出现各种类型的问题，需要对其进行有效诊断处理才能保障相关设备正常运行。本文在论述各种故障诊断方法的基础上，提出了变频器故障诊断技术今后的发展方向，希望与各位同行共勉，不断促进我国变频器更好地发展。

参考文献

[1] 张森.变频器故障诊断技术探析[J].科学论坛，2013，（9）.

[2] 何锐.变频器故障诊断技术研究与分析[J].电源技术应用，2013，（3）.

[3] 和德明.变频器故障诊断技术研究与分析[J].电子技术，2012，（7）.

作者简介：齐炜（1982-），女，河北深泽人，河北邢台金牛玻纤有限责任公司机电工程师，研究方向：机电设备及其自动化。