變頻調(diào)速器的維修與測試
1 引言
變頻調(diào)速器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置，因其較高的性能價(jià)格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。維護(hù)、維修、測試變頻調(diào)速器的工作變得日趨重要，因而使變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)成為應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。萊鋼自動(dòng)化部于2002年設(shè)計(jì)、組建了變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)。變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)主要由兩部分組成，維修部分和測試部分。
2 變頻調(diào)速器維修部分的組成
從前幾次維修變頻器的經(jīng)驗(yàn)來看，與強(qiáng)電相關(guān)的器件、大功率器件，電源部分以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分電路損壞頻率較高，當(dāng)然在以后的維修過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障現(xiàn)象，表現(xiàn)與其相應(yīng)的電子電路有關(guān)。電子設(shè)備的維修過程就是尋找相應(yīng)故障點(diǎn)的過程。在維修過程中，我們還是應(yīng)該堅(jiān)持以人為主，設(shè)備為輔的原則，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，降低維修成本，從故障現(xiàn)象入手，分析電路原理、時(shí)序關(guān)系、工作過程，找出各種可能存在的故障點(diǎn)，然后借助一些維修檢測設(shè)備，確定故障點(diǎn)，確定故障元器件，(包括定性與定量指標(biāo))，然后尋找相應(yīng)的器件進(jìn)行替換，使設(shè)備恢復(fù)其固有的性能指標(biāo)。
維修過程包括以下幾個(gè)方面:
第一步，詢問用戶變頻器的故障現(xiàn)象，包括故障發(fā)生前后外部環(huán)境的變化。例如，電源的異常波動(dòng)、負(fù)載的變化。
第二步，根據(jù)用戶的故障描述，分析可能造成此類故障的原因。
第三步，打開被維修的設(shè)備，確認(rèn)被損壞的程序，分析維修恢復(fù)的可行性。
第四步，根據(jù)被損壞器件的工作位置，通過閱讀電路，分析電路工作原理，從中找出損壞器件的原因，以及一些相關(guān)的電子電路。
第五步，尋找相關(guān)的器件進(jìn)行替換。
第六步，在確定所有可能造成故障，所有原因都排除的情況下，通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在做這一步的時(shí)候，一般要求所有的外部條件都具備，并且不會(huì)引起故障的進(jìn)一步擴(kuò)大化。
第七步，在設(shè)備工作正常的情況下，就可以進(jìn)入下一個(gè)程序，系統(tǒng)測試。
2.1 維修平臺(tái)
(1) 邏輯分析儀:邏輯分析儀具有多個(gè)輸入通道，反映被測信號(hào)電平的邏輯狀態(tài)和相應(yīng)時(shí)間，即被測點(diǎn)的二進(jìn)制編碼，邏輯分析儀可同時(shí)對(duì)邏輯電平信號(hào)，數(shù)據(jù)總線信號(hào)，地址總線信號(hào)，芯片的輸入輸出等多路數(shù)字信號(hào)的邏輯關(guān)系進(jìn)行測試和比較，利用測試儀器本身的瞬態(tài)定時(shí)測試功能，來捕捉窄脈沖的干擾和測試點(diǎn)前后的波形，邏輯分析儀特別適合對(duì)數(shù)字邏輯電路進(jìn)行測試和分析。
(2) 模擬示波器:示波器是用來“凍結(jié)”一個(gè)模擬信號(hào)或隨時(shí)間變化信號(hào)的有效工具，可根據(jù)顯示屏上的靜態(tài)波形分析其特性，并根據(jù)熒光屏上的方格和選用檔次來測量其參數(shù)值，通過使用示波器，可以把被測信號(hào)十分真實(shí)、直觀的反映在熒屏上，便于維修人員對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行定量和定性的分析。
(3) 晶體管圖示儀:用途:測試選配大功率管，維修大功率電源，UPS等。
附件1:集成電路電壓傳輸特性測試臺(tái)用途:測試選配數(shù)字電路，維修各種數(shù)字智能儀表;附件2:場效應(yīng)管配對(duì)測試臺(tái)，用途:選配場效應(yīng)管;附件3:0-3KV高壓測試臺(tái)。
(4) 圖示儀:測試GTR模塊等
(5) 線性集成電路智能參數(shù)分析儀:選配測試運(yùn)放等線性電路，維修稱重儀表，信號(hào)處理板。
(6) 臺(tái)式數(shù)字電橋:測試精密R、C、L，維修精密儀器，通訊裝置等
(7) 通用編程器:修改拷貝各種程序存儲(chǔ)器、維修計(jì)算機(jī)、智能儀器儀表以及智能儀器儀表數(shù)據(jù)的備份。
(8) 集成電路測試儀:測試各類數(shù)字集成電路, 主要參數(shù):帶RS232接口及編程解密軟件
(9) 智能校驗(yàn)信號(hào)發(fā)生器:校驗(yàn)測量儀表等, 日本白光。
3 變頻調(diào)速器測試部分的組成
測試部分的功能是對(duì)已維修完成的變頻調(diào)速器性能測試。通過考察與交流，測試變頻器的最佳負(fù)載還是交流電機(jī)。我公司變頻器的功率由大到小，各種規(guī)格都存在，在維修完成以后，如果采用同等功率的電機(jī)來做負(fù)載實(shí)驗(yàn)，這需要配備各種型號(hào)的電機(jī)這是不現(xiàn)實(shí)的，也是不科學(xué)的。根據(jù)變頻器的使用說明，一般要求變頻器負(fù)載不低于額定功率的10%，我們可以考慮用3kw左右的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)15kw以下等級(jí)變頻器的負(fù)載。用15kw的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)150kw以下等級(jí)變頻器的負(fù)載。針對(duì)變頻器負(fù)載電機(jī)不能空載的情況，可以使用一臺(tái)磁粉制動(dòng)機(jī)來模擬電機(jī)負(fù)載，磁粉制動(dòng)機(jī)可以通過改變輸入電壓來改變磁粉的間隙，從而達(dá)到改變負(fù)載的目的。實(shí)現(xiàn)模擬變頻器使用現(xiàn)場的目標(biāo)，當(dāng)然還需要檢測其它一些輔助參數(shù)，如輸入電壓、電流、輸出電壓、電流，以及三相的平衡情況，輸出波形的諧波分量。測試平臺(tái)需要以下設(shè)備儀表:
(1) 三相交流電機(jī):主要參數(shù):3kW，15kW
(2) 磁粉制動(dòng)器:主要參數(shù):350N.m
(3) 電流傳感器:主要參數(shù):測量范圍內(nèi)0-50A，輸出0-50Ma, 北京科海
(4) 電壓傳感器:主要參數(shù):測量范圍內(nèi)0-1000V，輸出0-100mA
(5) 模擬電流顯示表頭:主要參數(shù):0-50A，輸入0-50mA
(6) 模擬電壓顯示表:主要參數(shù)0-1000V，輸入0-100mA
(7) i=3減速器
(8) 小水泵:用途:磁粉制動(dòng)機(jī)的冷卻。
(9) 16位16通道A/D轉(zhuǎn)換卡: 主要參數(shù):輸入0-10V
(10) 16位D/A轉(zhuǎn)換卡:主要參數(shù):輸出0-10V
(11) 信號(hào)部分:輸入、輸出信號(hào)分別為0-10v電壓信號(hào)、0-20mA電流信號(hào)、開關(guān)量和脈沖信號(hào)
(12) 計(jì)算機(jī)1臺(tái)
(13) 多功能打印機(jī)1臺(tái)
測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
圖1 測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
(1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，使用方便;
(2) 適合對(duì)各種品牌的變頻器進(jìn)行維修和測試;
(3) 輸入輸出信號(hào)齊全，系統(tǒng)組成靈活;
(4) 利用變頻器和智能臺(tái)信號(hào)發(fā)生器單元等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，模擬現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備。
(5) 對(duì)多種儀器儀表進(jìn)行維修和測試;
(6) 可以對(duì)一般模塊進(jìn)行測試和維修;
(7) 對(duì)維修、測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和打印。
5 結(jié)束語
變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)組建以來，檢修變頻器多臺(tái)，對(duì)保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行發(fā)揮了較大的作用，同時(shí)為萊鋼節(jié)約了大量的外出維修費(fèi)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 測試儀器使用說明書.
變頻調(diào)速器作為一種高效節(jié)能的電機(jī)調(diào)速裝置，因其較高的性能價(jià)格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。維護(hù)、維修、測試變頻調(diào)速器的工作變得日趨重要，因而使變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)成為應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。萊鋼自動(dòng)化部于2002年設(shè)計(jì)、組建了變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)。變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)主要由兩部分組成，維修部分和測試部分。
2 變頻調(diào)速器維修部分的組成
從前幾次維修變頻器的經(jīng)驗(yàn)來看，與強(qiáng)電相關(guān)的器件、大功率器件，電源部分以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部分電路損壞頻率較高，當(dāng)然在以后的維修過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障現(xiàn)象，表現(xiàn)與其相應(yīng)的電子電路有關(guān)。電子設(shè)備的維修過程就是尋找相應(yīng)故障點(diǎn)的過程。在維修過程中，我們還是應(yīng)該堅(jiān)持以人為主，設(shè)備為輔的原則，充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，降低維修成本，從故障現(xiàn)象入手，分析電路原理、時(shí)序關(guān)系、工作過程，找出各種可能存在的故障點(diǎn)，然后借助一些維修檢測設(shè)備，確定故障點(diǎn)，確定故障元器件，(包括定性與定量指標(biāo))，然后尋找相應(yīng)的器件進(jìn)行替換，使設(shè)備恢復(fù)其固有的性能指標(biāo)。
維修過程包括以下幾個(gè)方面:
第一步，詢問用戶變頻器的故障現(xiàn)象，包括故障發(fā)生前后外部環(huán)境的變化。例如，電源的異常波動(dòng)、負(fù)載的變化。
第二步，根據(jù)用戶的故障描述，分析可能造成此類故障的原因。
第三步，打開被維修的設(shè)備，確認(rèn)被損壞的程序，分析維修恢復(fù)的可行性。
第四步，根據(jù)被損壞器件的工作位置，通過閱讀電路，分析電路工作原理，從中找出損壞器件的原因，以及一些相關(guān)的電子電路。
第五步，尋找相關(guān)的器件進(jìn)行替換。
第六步，在確定所有可能造成故障，所有原因都排除的情況下，通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在做這一步的時(shí)候，一般要求所有的外部條件都具備，并且不會(huì)引起故障的進(jìn)一步擴(kuò)大化。
第七步，在設(shè)備工作正常的情況下，就可以進(jìn)入下一個(gè)程序，系統(tǒng)測試。
2.1 維修平臺(tái)
(1) 邏輯分析儀:邏輯分析儀具有多個(gè)輸入通道，反映被測信號(hào)電平的邏輯狀態(tài)和相應(yīng)時(shí)間，即被測點(diǎn)的二進(jìn)制編碼，邏輯分析儀可同時(shí)對(duì)邏輯電平信號(hào)，數(shù)據(jù)總線信號(hào)，地址總線信號(hào)，芯片的輸入輸出等多路數(shù)字信號(hào)的邏輯關(guān)系進(jìn)行測試和比較，利用測試儀器本身的瞬態(tài)定時(shí)測試功能，來捕捉窄脈沖的干擾和測試點(diǎn)前后的波形，邏輯分析儀特別適合對(duì)數(shù)字邏輯電路進(jìn)行測試和分析。
(2) 模擬示波器:示波器是用來“凍結(jié)”一個(gè)模擬信號(hào)或隨時(shí)間變化信號(hào)的有效工具，可根據(jù)顯示屏上的靜態(tài)波形分析其特性，并根據(jù)熒光屏上的方格和選用檔次來測量其參數(shù)值，通過使用示波器，可以把被測信號(hào)十分真實(shí)、直觀的反映在熒屏上，便于維修人員對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行定量和定性的分析。
(3) 晶體管圖示儀:用途:測試選配大功率管，維修大功率電源，UPS等。
附件1:集成電路電壓傳輸特性測試臺(tái)用途:測試選配數(shù)字電路，維修各種數(shù)字智能儀表;附件2:場效應(yīng)管配對(duì)測試臺(tái)，用途:選配場效應(yīng)管;附件3:0-3KV高壓測試臺(tái)。
(4) 圖示儀:測試GTR模塊等
(5) 線性集成電路智能參數(shù)分析儀:選配測試運(yùn)放等線性電路，維修稱重儀表，信號(hào)處理板。
(6) 臺(tái)式數(shù)字電橋:測試精密R、C、L，維修精密儀器，通訊裝置等
(7) 通用編程器:修改拷貝各種程序存儲(chǔ)器、維修計(jì)算機(jī)、智能儀器儀表以及智能儀器儀表數(shù)據(jù)的備份。
(8) 集成電路測試儀:測試各類數(shù)字集成電路, 主要參數(shù):帶RS232接口及編程解密軟件
(9) 智能校驗(yàn)信號(hào)發(fā)生器:校驗(yàn)測量儀表等, 日本白光。
3 變頻調(diào)速器測試部分的組成
測試部分的功能是對(duì)已維修完成的變頻調(diào)速器性能測試。通過考察與交流，測試變頻器的最佳負(fù)載還是交流電機(jī)。我公司變頻器的功率由大到小，各種規(guī)格都存在，在維修完成以后，如果采用同等功率的電機(jī)來做負(fù)載實(shí)驗(yàn)，這需要配備各種型號(hào)的電機(jī)這是不現(xiàn)實(shí)的，也是不科學(xué)的。根據(jù)變頻器的使用說明，一般要求變頻器負(fù)載不低于額定功率的10%，我們可以考慮用3kw左右的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)15kw以下等級(jí)變頻器的負(fù)載。用15kw的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)150kw以下等級(jí)變頻器的負(fù)載。針對(duì)變頻器負(fù)載電機(jī)不能空載的情況，可以使用一臺(tái)磁粉制動(dòng)機(jī)來模擬電機(jī)負(fù)載，磁粉制動(dòng)機(jī)可以通過改變輸入電壓來改變磁粉的間隙，從而達(dá)到改變負(fù)載的目的。實(shí)現(xiàn)模擬變頻器使用現(xiàn)場的目標(biāo)，當(dāng)然還需要檢測其它一些輔助參數(shù)，如輸入電壓、電流、輸出電壓、電流，以及三相的平衡情況，輸出波形的諧波分量。測試平臺(tái)需要以下設(shè)備儀表:
(1) 三相交流電機(jī):主要參數(shù):3kW，15kW
(2) 磁粉制動(dòng)器:主要參數(shù):350N.m
(3) 電流傳感器:主要參數(shù):測量范圍內(nèi)0-50A，輸出0-50Ma, 北京科海
(4) 電壓傳感器:主要參數(shù):測量范圍內(nèi)0-1000V，輸出0-100mA
(5) 模擬電流顯示表頭:主要參數(shù):0-50A，輸入0-50mA
(6) 模擬電壓顯示表:主要參數(shù)0-1000V，輸入0-100mA
(7) i=3減速器
(8) 小水泵:用途:磁粉制動(dòng)機(jī)的冷卻。
(9) 16位16通道A/D轉(zhuǎn)換卡: 主要參數(shù):輸入0-10V
(10) 16位D/A轉(zhuǎn)換卡:主要參數(shù):輸出0-10V
(11) 信號(hào)部分:輸入、輸出信號(hào)分別為0-10v電壓信號(hào)、0-20mA電流信號(hào)、開關(guān)量和脈沖信號(hào)
(12) 計(jì)算機(jī)1臺(tái)
(13) 多功能打印機(jī)1臺(tái)
測試平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
圖1 測試平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖
4 系統(tǒng)特點(diǎn)
(1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，使用方便;
(2) 適合對(duì)各種品牌的變頻器進(jìn)行維修和測試;
(3) 輸入輸出信號(hào)齊全，系統(tǒng)組成靈活;
(4) 利用變頻器和智能臺(tái)信號(hào)發(fā)生器單元等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，模擬現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備。
(5) 對(duì)多種儀器儀表進(jìn)行維修和測試;
(6) 可以對(duì)一般模塊進(jìn)行測試和維修;
(7) 對(duì)維修、測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和打印。
5 結(jié)束語
變頻調(diào)速器維修測試平臺(tái)組建以來，檢修變頻器多臺(tái)，對(duì)保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行發(fā)揮了較大的作用，同時(shí)為萊鋼節(jié)約了大量的外出維修費(fèi)用。
參考文獻(xiàn)
[1] 測試儀器使用說明書.
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