玻璃纖維設(shè)備中變頻器故障診斷技術(shù)研究與分析

摘要：玻璃纖維因其較優(yōu)異的性能，作為一種無機(jī)非金屬材料抽成絲后被廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。但玻璃纖維設(shè)備中的變頻器在投入使用后，因其柔軟的質(zhì)地和長(zhǎng)期不間斷使用容易產(chǎn)生一些故障問題，一旦發(fā)生故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。文章在分析變頻器故障診斷技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了變頻器診斷的技術(shù)手段，為實(shí)際問題提供了可靠的技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維設(shè)備；變頻器；故障診斷技術(shù)；信號(hào)處理；故障樹；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP307 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）34-0011-02

玻璃纖維設(shè)備中的變頻器在克服傳統(tǒng)變頻器設(shè)備工作效率低、能源損耗大的基礎(chǔ)上顯示出較大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用于工廠的自動(dòng)化生產(chǎn)過程中。由于電子設(shè)備本身具有易損耗的特性，在使用過程中容易出現(xiàn)各種故障問題，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和生產(chǎn)效率造成不利影響，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)備的技術(shù)診斷。當(dāng)前，在變頻器故障診斷領(lǐng)域中，比較熱門的解決辦法是故障診斷技術(shù)，這一技術(shù)已經(jīng)成為變頻器故障診斷的主流手段之一。

1 相關(guān)概念界定

1.1 玻璃纖維

玻璃纖維屬于一種性能較優(yōu)的無機(jī)非金屬材料，主要包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂和氧化鈉等主要成分。是通過將礦石研磨成粉后投入到池窯中燃燒，經(jīng)過超過2000℃的高溫熔制，熔成玻璃液，然后通過漏板流出冷卻拉絲而成的產(chǎn)品。在實(shí)際生活中，玻璃纖維作為一種復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料、電路基板和電絕緣材料等投入使用。

1.2 變頻器

變頻器作為一種精密的設(shè)備裝置，包含整流電路、限流、驅(qū)動(dòng)、濾波、逆變、制動(dòng)、保護(hù)等電路，是由以上這些電路設(shè)備組合而成的電子器件。它屬于交流電動(dòng)設(shè)備的調(diào)速變頻技術(shù)，具有調(diào)速效率高、精確度好、調(diào)度范圍廣、操作簡(jiǎn)單方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。一般按照其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分類，可以將其分為交-直-交變頻器和交-交變頻器。

1.3 故障診斷技術(shù)

這一技術(shù)發(fā)端于20世紀(jì)中期，主要是一種應(yīng)用型的技術(shù)設(shè)備。故障診斷技術(shù)主要包含兩個(gè)方面的作用：一是對(duì)運(yùn)行過程中的設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)與排查；二是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行故障問題的判斷，查找出現(xiàn)故障的明確原因。目前，故障診斷技術(shù)在工業(yè)化國(guó)家和地區(qū)被廣泛采用，越來越受到人們的重視。

2 玻璃纖維設(shè)備中變頻器存在的常見故障問題

2.1 參數(shù)設(shè)置方面的故障問題

眾所周知，在玻璃纖維設(shè)備中，變頻器的額定容量及其參數(shù)設(shè)定是在一定的海拔高度和環(huán)境溫度下標(biāo)示出來的，變頻器使用參數(shù)的基本指標(biāo)一般都是在1000m以下的海拔加上25℃～40℃之間的溫度。如果在池窯生產(chǎn)中，玻璃纖維設(shè)備中變頻器的使用環(huán)境超出了該項(xiàng)基本使用指標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致變頻器的參數(shù)、型號(hào)等存在降容故障問題。當(dāng)玻璃纖維設(shè)備中的變頻器在原料高溫熔融、玻璃溶液被拉制成纖維絲狀的過程中，如果參數(shù)不合適，不僅會(huì)使玻璃液拉不成密度統(tǒng)一的連續(xù)玻璃纖維，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)拉斷等方面的問題。

2.2 過壓方面的問題

對(duì)于變頻器而言，其工作電壓都有一個(gè)使用范圍，如果超過正常使用范圍，則會(huì)損壞變頻器，出現(xiàn)故障。在實(shí)際工作中，常見的過壓?jiǎn)栴}主要表現(xiàn)在：由于輸入交流過多的電壓導(dǎo)致的故障問題；在發(fā)電時(shí)的過壓?jiǎn)栴}。輸入交流電源過壓的問題一般都發(fā)生在節(jié)假日線路負(fù)載較輕而電壓較高的情況下，變頻器出現(xiàn)故障問題后，需要斷開電源，停用一段時(shí)間后再送電啟動(dòng)即可。發(fā)電時(shí)的過壓?jiǎn)栴}出現(xiàn)頻率一般都較高，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)速高，而電動(dòng)機(jī)又處于發(fā)電狀態(tài)或是頻爐工作狀態(tài)并向電網(wǎng)回饋能量時(shí)，變頻器在沒有安裝制動(dòng)單元的情況下容易出現(xiàn)過壓故障問題。

2.3 其他方面的問題

這方面的問題主要包括過載、過流、欠壓、溫度過高。過載故障主要是變頻和電機(jī)方面的過載問題，一般都是由于時(shí)間過短、電壓過低和負(fù)載過重引起的，過流問題與過載故障不同，它是由于變頻器的輸出短路而引起的故障問題。雖然前面論述了過壓導(dǎo)致的變頻器故障問題，但當(dāng)電壓不夠時(shí)，玻璃纖維設(shè)備的變頻器故障也會(huì)出現(xiàn)，因此需要把握好這個(gè)電壓力度范圍，減少故障問題的出現(xiàn)。最后，還有一個(gè)溫度過高的問題，溫度太高，容易燒斷變頻器的拉絲，使傳感器異常，出現(xiàn)故障問題。

3 玻璃纖維設(shè)備中變頻器故障診斷的技術(shù)方法

當(dāng)前，我國(guó)玻璃纖維設(shè)備中變頻器故障診斷方法主要有以下三種：

3.1 信號(hào)處理的故障診斷法

傅立葉認(rèn)為：通過對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行信號(hào)波形的診斷分析，將時(shí)域信息轉(zhuǎn)換到頻域分析，依據(jù)信息轉(zhuǎn)換時(shí)的幅值特征來進(jìn)行故障的診斷，進(jìn)而判定故障的類型以及元故障的具體位置。另外有些專家提出沃爾什的信息故障分析法，認(rèn)為只要對(duì)故障中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行沃爾什轉(zhuǎn)換，將時(shí)域信息轉(zhuǎn)換成頻域信息中并做相應(yīng)的故障特征分析，也能夠確定具體故障的位置及其類型，只是與前者所使用的檢測(cè)方法不一樣而已。無論是哪一種信號(hào)處理的故障診斷方法，都有一些共同的特點(diǎn)，即反應(yīng)靈敏度高、故障診斷快、操作簡(jiǎn)單方便等。通常采用信號(hào)處理的故障診斷方法需要有一些參數(shù)的設(shè)定，而設(shè)定的方法沒有統(tǒng)一的格式，一般都需要有關(guān)專家憑借自身的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)定，這也是采用信號(hào)處理法的弊端之一。

3.2 故障樹的故障診斷法

故障樹診斷模型是一種提前設(shè)定好的因果模型，依據(jù)診斷對(duì)象的基本結(jié)構(gòu)和功能特性進(jìn)行模型的設(shè)定。這種診斷方法反映了系統(tǒng)內(nèi)全部信息的邏輯關(guān)系，通過一種倒樹狀的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來，將變頻器中最不希望出現(xiàn)的故障信息設(shè)定為頂事件，將導(dǎo)致故障信息發(fā)生的原因信息設(shè)定為底事件。一般情況下，都會(huì)將需要診斷的故障對(duì)象作為頂事件，在對(duì)故障進(jìn)行分析以后制作出相應(yīng)的故障樹模型，最后根據(jù)模型類型，采取適當(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)故障原因的查找與診斷。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷法

這種診斷方法不需要特定的參數(shù)模型，對(duì)于那些很難確定故障類型及其故障信號(hào)之間邏輯關(guān)系的場(chǎng)合比較適合。在克服傳統(tǒng)式故障診斷方法弊端的基礎(chǔ)上，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷法為快速、有效地進(jìn)行故障分析和定位作出了貢獻(xiàn)。當(dāng)然這種方法也表現(xiàn)出了許多弊端，例如試驗(yàn)樣本獲取難度大、沒有考慮到相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)形式一般人很難理解把握等。

除了以上三種主要的變頻器故障診斷方法以外，還有一些專家從其他角度提出了故障診斷技術(shù)，例如電壓源逆變器故障診斷法和六路觸發(fā)脈沖的故障診斷法等。

4 玻璃纖維設(shè)備中變頻器故障診斷技術(shù)今后的發(fā)展方向

變頻器故障診斷技術(shù)雖然被廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)的電子設(shè)備中，但由于其基礎(chǔ)理論薄弱，發(fā)展歷史不長(zhǎng)，因此還需要不斷努力，將今后的技術(shù)研究朝著特定方向發(fā)展。

需要不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)成熟的技術(shù)理論，將這些理論不斷運(yùn)用到具體實(shí)踐過程中反復(fù)試驗(yàn)。爭(zhēng)取克服現(xiàn)有變頻器故障診斷技術(shù)的弊端，不斷借鑒其他領(lǐng)域的理論成果運(yùn)用到變頻器的故障診斷過程中來，采用聯(lián)想記憶和ART、自組織等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論領(lǐng)域中的研究成果來幫助變頻器進(jìn)行故障的診斷和分析。在研究方法上，要不斷研發(fā)新的變頻器診斷方法，融合多種診斷方法于一體，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，克服單一診斷方法帶來的各種

弊端。

5 結(jié)語

變頻器是一種較為復(fù)雜的電子設(shè)備，在玻璃纖維設(shè)備中的實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)各種類型的問題，需要對(duì)其進(jìn)行有效診斷處理才能保障相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行。本文在論述各種故障診斷方法的基礎(chǔ)上，提出了變頻器故障診斷技術(shù)今后的發(fā)展方向，希望與各位同行共勉，不斷促進(jìn)我國(guó)變頻器更好地發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：齊煒（1982-），女，河北深澤人，河北邢臺(tái)金牛玻纖有限責(zé)任公司機(jī)電工程師，研究方向：機(jī)電設(shè)備及其自動(dòng)化。