创新者:韩灵生
维护工业应用中的变频器和伺服驱动器
创新者:韩灵生
变频器和伺服驱动器在工业领域广泛应用,是控制电机的核心部件,如何维护和日常检查检测尤为重要。本文对变频器和伺服驱动器日常维护检查的方法和手段进行了详细分析研究。
在日常的工业和装备制造业领域,变频器和伺服驱动器作为传统的电机调速和定位控制装置,应用非常广泛。而变频器和伺服驱动器是控制电机的核心部件,是自动化控制指令的最终执行机构,在整个生产制造环节起到重要作用。如果变频器和伺服驱动器出现故障损坏,将造成生产设备的运行停止,影响整个生产。所以变频器和伺服驱动器的日常应用检查和维护非常重要。本文对变频器和伺服驱动器日常维护检查的方法和手段进行了详细分析研究。
变频器和伺服驱动器是由IGBT、集成电路、电容、电阻等电子元件和风机、开关继电器等多种部件组成。如果有的部件不能正常工作,变频器和伺服驱动器就不能发挥应有的功能。这些部件是有使用寿命的。即使在正常使用的环境下,经过了一定的使用时间,器件就可能会出现特性发生变化或者执行动作不稳定的情况。为了防患于未然,需要对元器件进行预防性维护,做到日常不定期检查、定期检查、定期更换器件等,以便及时发现并解决故障报警,排除隐患。
如图1所示,使用过程中出现的故障类型,可分为初始故障、偶然故障、疲劳故障三个时期。
初始故障在生产制造变频器和伺服驱动器的后期过程中,检验及调试时发现并排除。偶然故障为设备在使用寿命期间突然发生的故障,对于偶然故障,一般男以采取技术性的对策,只能根据部件的故障率及平均无故障时间等统计数据准备维修用部件,或者加装故障时的备用回路等,增加冗余回路。疲劳故障是指发生在器件使用寿命将要结束时期的故障,随着使用时间的增加,疲劳故障发生的概率会急增。所以根据各个器件的使用寿命,通过定期更换新的器件,可以延长整体变频器和伺服驱动器的使用寿命。
图1 变频器和伺服驱动器的故障类型种类
表1 日常应用检测和定期检测
表1列出了在一般的使用条件下,(环境温度:30℃,负载率80%,每天运行小于12h)需要检查的内容和标准。
变频器和伺服驱动器主要组成部分都是电子元件,电子元件的使用寿命可按“阿鲁莱尼乌斯定律(10℃二倍定律)”来推测计算。如长期使用温度提高10℃,电子元件的寿命将缩短一半;如使用温度降低10℃,其寿命则会增加一倍。所以,变频器及伺服驱动器应尽量在环境温度较低的场所使用。
表2列出了变频器伺服驱动器使用的主要元器件在通常环境下的标准更换年数。表中的更换年数表示图1所示的偶然故障期tb。超过了这个期限,可以通过更换对应的元器件,可以预防大大提高疲劳故障的发生。
表2 更换主要元器件的标准
变频器和伺服驱动器的输入输出电流和电压中含有高次谐波成分,日常使用中需经常测量电流电压及功率等指标。但用传统工频电网时的测量方法无法正确测量出对应的各种数据。表3列出了使用变频器和伺服驱动器测量时的户注意事项。
表3 测量注意事项
针对变频器和伺服驱动器使用时,测量电流、电压等项目,需注意以下事项。
(1) 输入电流:
变频器和伺服驱动器为电容输入型,三相电流会出现不平衡。所以输入电流需要测量三相,要取三相平均输入电流。
(2)输入功率:一般需要用双功率表法测量。当电流不平衡在5%以上时,采用三功率表法。
(3)输入功率因数:
因含有较大的高次谐波,所以使用传统的功率因数表测量,会出现较大的误差。因此,输入功率因数需使用下式求出。如果将与各成分的高次谐波电流的基波相对应的比率设为 Ik(k = 5,7,11,13···),则失真系数μ为:
输入功率因数cosφ可用下式计算:
因将Ik 作为相对于基波的比率,所以此时μ与高次谐波的含有率相同。
图2 保护功能的目的与种类
图3 通过电流及电压检测使保护功能动作时的等级
变频器和伺服驱动器具有各种各样的保护功能,其目的一般分为“保护变频器和伺服驱动器自身”和“避免电机过热”两种。除了保护功能外,还会对运行中的异常进行报警。日常应用中如果能掌握各种保护功能的目的和动作等级,就能正确及时处理潜在的隐患。图2图3以变频器为例进行说明。
通过对变频器和伺服驱动器日常使用中的检测维护,科学地检测,做到日常检查、定期检查、更换部件,掌握报警故障的原理,就能够及时发现并解决故障,排除使用中的隐患,保证变频器和伺服驱动器正常使用。
DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.016