輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)變頻器的維修

秦宇　周強(qiáng)　朱德平　王程

摘要：本文將分別從絕緣故障、直流母線故障、脈沖故障、變頻器過流故障以及變頻器過載故障等的故障狀況加以介紹，并且分別指出其故障排查與處理方式，以期為有關(guān)部門能夠有效維修輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)變頻器提供可靠參考。

關(guān)鍵詞：輪胎式集裝箱;龍門起重機(jī);變頻器;維修;故障

引言：在某地集裝箱堆場當(dāng)中，重點(diǎn)應(yīng)用了輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)，此類起重機(jī)在搬運(yùn)與裝卸等工作中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。需要注意的是，這部分起重機(jī)所裝載電控系統(tǒng)有著較為復(fù)雜的技術(shù)，以及較高的維護(hù)成本，倘若發(fā)生故障導(dǎo)致停機(jī)，將對裝卸作業(yè)整體產(chǎn)生不良影響。因此，對這些故障進(jìn)行研究是極為重要的。

1絕緣故障

1.1故障狀況

某碼頭所用的一臺(tái)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)于軌道當(dāng)中工作約3m后停機(jī)、中止運(yùn)行，導(dǎo)致其打車機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)均無法運(yùn)行，然而其PLC與變頻器均未顯示故障^[1]。

1.2故障排查和處理

此輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)所有機(jī)構(gòu)變頻器都停止了驅(qū)動(dòng)動(dòng)作，然而其顯示處于正常供電狀況，同時(shí)其控制電源與直流母線的電壓也都顯示正常。將2個(gè)打車機(jī)構(gòu)、起升以及小車機(jī)構(gòu)變頻器打開，發(fā)現(xiàn)這些變頻器當(dāng)中全部觸發(fā)板以及電源板所用DC/DC變換器相應(yīng)高壓濾波電容與電解雖然沒發(fā)生炸裂，但是均存在爆漿，其中一部分甚至發(fā)生了鼓包。此外，母線濾波的電容與電解均處于正常狀態(tài)。

將變換器當(dāng)中高壓濾波的電容與電解更換，對線路板進(jìn)行清洗后通電進(jìn)行試車。在此階段，大車與起升機(jī)構(gòu)能夠正常動(dòng)作，在數(shù)秒鐘之后，先前故障再次出現(xiàn)。用萬用表測量在電容兩端并聯(lián)的電阻，所測最高的電壓僅為710V，因此可以判斷小車機(jī)構(gòu)引發(fā)了故障。母線會(huì)向線路板提供直流電壓，通過分析電容與電解發(fā)生的爆漿問題，可知小車的電動(dòng)機(jī)在工作階段其直流母線的電壓發(fā)生了波動(dòng)。對變頻器阻容的吸收裝置進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果顯示正常。對IGBT內(nèi)反并整流管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)也沒有問題。在檢查的最后階段，發(fā)現(xiàn)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的絕緣較差稍差。

維修該小車的電動(dòng)機(jī)，隨后重新檢修所有的線路板，并發(fā)現(xiàn)故障最終全部消除。

絕緣故障的起因通常都不容易進(jìn)行判斷。由于檢查過程中發(fā)生鼓包以及電容與電解發(fā)生爆漿現(xiàn)象，此故障的主要原因可能為過熱，此原因同時(shí)是因?yàn)槟妇€的電壓直流出現(xiàn)變化，增加了波紋系數(shù)。

在一般狀況下，對于輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)或者發(fā)電機(jī)而言，接地線都極為重要，然而如果電動(dòng)機(jī)的絕緣性逐漸降低，則會(huì)在繞組當(dāng)中調(diào)制波經(jīng)由接地線的時(shí)候，其電解液將瞬間受到大電流的影響，會(huì)發(fā)生熱脹冷縮、繼而汽化、沸騰等現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)爆降。

2直流母線故障

2.1故障狀況

該碼頭輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)所采用的變頻器可以經(jīng)由控制對控制目標(biāo)進(jìn)行反饋，也就是通過對輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加以控制，可以實(shí)現(xiàn)高精度控制輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)。某次工作階段，輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)大車機(jī)構(gòu)中止運(yùn)行，其控制電源持續(xù)閃爍，其1號變頻器當(dāng)中所顯示的故障代碼為“dcf”。

2.2故障排查和處理

發(fā)生故障時(shí)，對應(yīng)代碼“dcf”即直流回路的熔斷器被斷開，因此可采用以下方式進(jìn)行檢查：①對變頻器的外部硬件進(jìn)行判斷，確定其損壞與否。將變頻器接線和外圍電動(dòng)機(jī)間接線斷開，同時(shí)借助萬用表測量變頻器的外圍線路，測量后確認(rèn)電動(dòng)機(jī)未損壞，此線路并未出現(xiàn)短路等故障。

②檢測變頻器的內(nèi)部，并且對熔斷器進(jìn)行檢查，判斷其是否存在損壞現(xiàn)象。此外還應(yīng)對變頻器驅(qū)動(dòng)板當(dāng)中熔體進(jìn)行測量，確認(rèn)其熔斷與否。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，熔斷器受損，因此判斷其IGBT模塊極有可能被擊穿。眾所周知，所有IGBT的元件中均會(huì)集成續(xù)流二極管，借助萬用表對此二極管單向的導(dǎo)通性能加以測量，便能對此元件的好壞加以判斷^[2]。

③把萬用表調(diào)至歐姆檔，測量續(xù)流二極管的電極阻值。將表紅色表筆接到P+極，將黑表筆對二極管一端W、U與V相逐個(gè)連接。隨后把黑色表筆接到N-極，將紅表筆對二極管一端W、U與V相逐個(gè)連接。在測量過程中，發(fā)現(xiàn)P+極與N-極與W相連接時(shí)，其阻值均約為0，比參考范圍5-20Ω低很多，由此便可判斷此二極管應(yīng)該被嚴(yán)重?fù)舸?。后續(xù)物理證明的確是此原因。

因此，需要對驅(qū)動(dòng)板和IGBT元件進(jìn)行更換，隨后重新進(jìn)行調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn)大車機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障的變頻器不再顯示錯(cuò)誤代碼，并能夠正常工作。

3脈沖故障

3.1故障狀況

該碼頭某臺(tái)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)運(yùn)行期間，其大車機(jī)構(gòu)發(fā)生了嚴(yán)重的抖動(dòng)，很難糾偏。起重機(jī)大車機(jī)構(gòu)主要是經(jīng)由2臺(tái)轉(zhuǎn)速不同電動(dòng)機(jī)進(jìn)行糾偏。大車工作距離及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定其糾偏量，即轉(zhuǎn)速越快、工作距離遠(yuǎn)，其糾偏量將變大。出現(xiàn)故障時(shí)，此輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)大車機(jī)構(gòu)依然可以正常工作，其變頻器顯示的故障信號為PG。

3.2故障排查和處理

此故障即脈沖編碼器發(fā)生的故障。發(fā)生故障后，結(jié)合故障信號可以初步判斷變頻器中脈沖編碼器卡未受到編碼器所發(fā)信號而引發(fā)故障。

對比源于編碼器等用于檢測速度的傳感器所發(fā)出速度指令和速度信號，對變頻器輸出的頻率加以控制，從而確保速度的檢測值和相應(yīng)質(zhì)量保持一致。當(dāng)前編碼器發(fā)生故障，需要對其進(jìn)行連接的配線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其并沒有斷開連接，可是此部分的連接較為松動(dòng)。擰緊螺栓后調(diào)試，PG字樣消失，然而大車依然存在不能糾偏的故障。

對操作手柄和編碼器進(jìn)行重新檢查，便發(fā)現(xiàn)編碼器自身輸入點(diǎn)存在明顯異常，便可將電源、零位等故障排除。隨后檢查操作手柄兩側(cè)進(jìn)檔編碼器的輸入模塊，發(fā)現(xiàn)大車右偏移與左偏移滿檔的時(shí)候，模塊信號的點(diǎn)數(shù)并不相同。

盡管編碼器零位的指示燈發(fā)光，然而其旋轉(zhuǎn)的角度具備裕量。此時(shí)對手柄編碼器位置進(jìn)行調(diào)整，便可使兩端點(diǎn)數(shù)相同。在試車階段，發(fā)現(xiàn)大車能夠順利糾偏，說明故障已經(jīng)被排除。

4變頻器過流故障

4.1故障狀況

變頻器過流具備瞬間記憶的能力，且不可進(jìn)行人為的設(shè)定，其幾倍會(huì)被用到逆變器負(fù)載一側(cè)的短路當(dāng)中，而流經(jīng)逆變器的電流，在其達(dá)到額定電流的2.7-3倍范圍內(nèi)，會(huì)瞬時(shí)將逆變器停止、將電源切斷。當(dāng)變流器輸出的電流發(fā)生異常，同樣也會(huì)使逆變器停止。

4.2故障排查和處理

需要確定的要素包括：加速的時(shí)間足夠與否;提升力矩的參數(shù)大小是否合適;負(fù)載的外部過重與否、短路與否。例如拖動(dòng)小車的電機(jī)有2臺(tái)，某臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障后，便會(huì)導(dǎo)致另外一臺(tái)電機(jī)存在過流;脈沖編碼器與PG卡等是否正常;是否電流互感器發(fā)生異常現(xiàn)象。當(dāng)判斷以上狀況都正常后，便可將直流檢測點(diǎn)與輸出側(cè)電流負(fù)感器斷開，進(jìn)行復(fù)位之后如果依然存在，便可判斷是觸發(fā)板或者主控板發(fā)生了故障。

5變頻器過載故障

5.1故障狀況

負(fù)載狀況：

故障一：在電流連續(xù)60s比額定電流超出150%，即OL1故障，此時(shí)過載的是電機(jī)。

故障二：在電流連續(xù)10s比額定電流超出180%，即OL2故障，此時(shí)過載的是變頻器。

故障三：在電流連續(xù)5s比額定電流超出200%，即OL3故障，此時(shí)過載的是系統(tǒng)過載^[3]。

5.2故障排查和處理

無論發(fā)生以上哪類過載故障，均為負(fù)載自身過大或者慣性過大導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)所引發(fā)的，因此，若發(fā)生故障的變頻器已經(jīng)被投入運(yùn)行，需要在第一時(shí)間對負(fù)載狀況進(jìn)行檢查，就必須檢查負(fù)載的狀況。倘若發(fā)生以上故障的變頻器屬于新安裝的，則可以判斷故障引發(fā)原因?yàn)殡姍C(jī)的設(shè)置參數(shù)發(fā)生了問題。

結(jié)論：總之，在該碼頭所用的輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)，其所用變頻器具有較高可靠性，然而若運(yùn)用適當(dāng)或者遇到突發(fā)事件，依然會(huì)導(dǎo)致變頻器發(fā)生損壞。因此，若想在日常工作階段對變頻器進(jìn)行合理使用，就應(yīng)當(dāng)對日常常見的各類故障加以分析，明確其有效排查和處理的方法，這對于碼頭起重機(jī)的安全運(yùn)行極其重要。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王波.igus系統(tǒng)為龍門起重機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸[J].港口裝卸， 2017（1）：47-47.