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发那科驱动器维修------电容故障

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详细介绍

       直流回路储能电容的“硬”损坏,会出现明显溅液、鼓项、炸裂等现象,观察即能看出。当出现严重漏电和击穿故障时,则已经炸裂了,是无须测量的。应用一块电容表,对电容容量进行检测,当容量有明显下降时,应予以更换。电容串联于电路中,两只串联电容容量应相等或接近,偏差过大时,容量小的电容会因承受过高电压而损坏。

      储能电容有“老化失效现象”,电容表测量不出容量异常,但运行中造成直流回路电压下降,伺服器报欠电压故障,带载能力变差。 

      发那入驱动器维修故障实例

  1)  用户反映:该驱动器因生产检修而停机,停机时伺服驱动器还是正常的。隔了一天后,再启动时,听到伺服驱动器内部发出“啪”的一声响,边驱动器上的显示也熄灭了,伺服电机不能启动。用户应急将伺服电机改接到工频电源上,以满足生产供水要求。

  2)拆机检查:发现逆变输出模块炸裂,测量输出 U、V、W端子已短路;发现10R40W电容充电电阻烧断。原因为逆变模块短路后其浪涌冲击电流将其烧断。查出整流回路尖波抑制电路的二极管和串联电阻同事损坏,10R5W电阻已开路,二极管短路。

  3)分析原因: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,则说明直流回路中出现了波动异常剧烈的冲击电压,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,可能是由于电动机时有堵转现象或由于元器件老化,电网电压冲击等原因。

  4)修复:将损坏元器件拆除,并换新的,观察4只680UF400V电容外面上无异常,粗测滤波电容器无短路,也可“容量”----有充、放电现象;将损坏模块拆除,将其他损坏元器件更换新品,送电后显示,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。

    5)几天后到现场安装试机,第一次启动时,频率才上升到30HZ左右,便跳“减速过电流”保护停机。将基复位后再启动,启动过程中听得“啪”的一声,前级空气开关跳闸,伺服器内冒烟。又应急接成工频运行,将其拆机检查,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熔,其触点引脚竟被电弧烧断。二极管RU4C21已被击穿。这只管子的耐压值相当高,起码应高达1200V以上。回忆工频启动过程,时间很短即能顺利启动,启动电流也不大,负载并不重。看来模块的损坏,过电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,甚至出现了谐振过电压,以致超过了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,先是过电压造成击穿,电压性击穿使电流剧增,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,边一向自许为灵敏度极高的电压,电流保护电路都来不及动作,击穿过程就已经结束。

     检测现场伺服电机的运行电流在额定值以内, 伺服电机状况良好,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,其异常只能发生在伺服器内部。那么症结究竟在哪里呢?

   还是从二极管RU4C21击穿着手,从直流回路出现异常的过电压状态首手。按说直流回路有大容量的储能电容,对电网侧的瞬时过电压也具有一定的吸收能力,除非雷击造成的过电压,其他情况很难击毁它。另外输入侧并接有3只压敏电阻,也具有一定的过电压吸收能力,检查3只压敏电阻并未损坏,说明输入侧示有过电压发生。拆下电容箱,将4只6000UF电容拆下,拆某一只电容时发现,电容竟被什么东西“粘”在安装架上,细看该电容有喷液痕迹,测量期电容接近为0!另3只并接电容虽无喷液痕迹,但测容量也仅为几十微法左右,至此真相大白。

     电容失效以后,带小功率负载尚察觉不出什么异常,整个输出频率范围内“极为正常”,但接入较大功率负载后,情形就不同了。此时直流回路已完全丧失储能滤波能力,直流回路是频率为300HZ的脉动直流,伺服电机启动时的电流吸入,加大了脉动电流的脉动成分。这不是最主要的,要紧的是伺服电机绕组的反电动势或伺服器的某一输出载波,恰好落在脉动直流的变化范围之内,两者互动,推波助澜。整个系统内脉动电流的急剧变化,恰好落在某一频率点上,电路中的分布电感和分布电容适时加入进来,各方面“生力军”的加入和互为作用,使回路中的动态能量急剧上升,危险的谐压值在正常时有一定甚至较大的富裕量,但在此时高于耐压值数倍的高电压冲击下,脆弱得简直不堪一击,炸裂和短路也就顺理成章。严重的是无论是电压或电流保护检测电路对此类瞬变根本无法作出适时的反应,电压击穿同时又是电流短路性损坏,发生在一瞬间,各类保护电路也无能为力。

   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,电容的容量减少,失容和失效,是导致其损坏的致命杀手,其危害当属第二位(第一位为驱动电路异常)。电容的容量减少,则形成对逆变模块的致命打击。此类故障往往又较为隐蔽,不像元件短路那样容易引人重视,检查起来有时也颇费周折,有的电容测量容量似乎为好电容,但好坏则不一定。尤其是大功率伺服器中的电容,运行多年后,其引出电极常年累月经受数百赫兹的大电流育、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,致使直流回路电压下降,伺服驱动器不能正常工作,检修人往往误判。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伺服驱动器,尤其不能忽略对储能电容的的检查;对逆变模块不明原因的损坏,则应首先彻查直流回路中的储能电容。

    现在回头来看一下该 伺服器未损坏前报警“过电流”的现象。应该说明的是,减速过电流是发生在加速启动过程中。在启动过程中,直流母线电压检测将延时动作,以避免启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启动电流剧增,伺服驱动器在此时所能实施的动作,便是减缓频率上升速率,并进而将启动频率自动下调,以使电动机的转差率维持在一定范围内,抑制启动电流。等到电流回复到允许值以内,再继续升高频率启动。伺服驱动器启动过程中的智能化控制大致就是如此。在启动过程中出现了过电流现象,伺服器启用的将频率自动下周这一“杀手锏”,因电容失效,没有起到作用,出现了减速过程中的过电流。反之,启动过程中的电流(电压)的扰动使逆变模块数次处于过电流和过电压击穿的边缘上,此时过电流是个“显”现象,而危险的过电压则“潜伏”在此过程中,驱动器确实检测到了减速过电流,只有停止启动以求自保。程度不太严重的过电流,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瞬间。

   将该伺服驱动器的失效电容更换后,再换掉损坏的逆变模块,现场试运行,启动过程也不再出现“过电流”报警,短时间内反复启动了几次,启动电流都在额定电流值以内,报警过电流的伺服驱动器投入正常运行。







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