摘要：简单介绍了异步电动机的变频调速原理和安川变频器的结构形式。详细叙述了安川变频器在门机使用中发生的各种故障及其诊断和处理方法，可供同行借鉴。
关键词：变频 调速 应用 故障 诊断
港口机械电力拖动系统经过长期的发展，已经从早期的继电器接触器控制、定子调压、直流晶闸管调速发展到变频调速。三相异步电动机因结构简单、维修方便、环境适应强等特点，逐步替代了直流电动机。伴随着矢量变频技术的发展，变频器迅速应用到港口大型机械的机构控制中。
青岛港自行制造的MQ2533、MQ4040门机，其执行机构电控系统均采用安川变频控制。从使用情况来看，变频控制技术具有更高的控制精度，更好的系统稳定性。下面着重以青岛港25t和40t门机为例，介绍变频技术在新型门机上的应用情况。
异步电动机的变频调速原理
根据电机转速的相关知识可知，异步电动机的轴转速为：
n1 同步转速r／min
f1 定子频率Hz
P 磁极对数
S 异步电动机转差率s=(n1-n)／n1
可见，改变电动机定子侧供电电源频率f1，可以改变其电动机轴转速，实现无级调速的目的。
2安川变频器的结构形式
2．1变频器的基本构成与功能
2．1．1主回路
给异步电动机提供调频调压电源的电力变换部分，称为主回路。主回路主要包括以下部分：
a．整流器(整流模块)
把工频电源变换为脉动的直流电源，主要有可控和不可控两种类型。
b．滤波器(滤波电容)
在整流器整流后的直流电压中，含有脉动电压，此外，逆变器回路产生的脉动电流也使直流电压波动。为了抑制这些电压波动采用直流电阻器和电容器吸收脉动电压。
c、逆变器(IGBT模块)
逆变器产生可变电压、频率的变频交流电供给电动机。
2．1．2控制回路
控制回路主要由主控板、驱动板、电源板和PG卡、通讯卡组成。
3变频器制动单元
安川公司VS616G7系列变频器具有极高的启动转矩，特别适应位能负载特性。由于门机的抓斗下降时电机工作于制动状态，产生再生电能，能量需迅速释放，所以必须配置专用的制动单元释放能量，以保证足够的制动转矩。制动单元是利用设置在直流回路中的制动电阻来吸收电动机的再生能量，制动电阻的阻值决定制动电流大小，也决定制动时间的长短，是变频器中非常重要的部分。
4变频器的控制方式及选择
变频调速控制方式主要有：U／f控制、转差频率控制和矢量控制。
U／f控制在改变频率的同时控制变频器的输出电压，使电动机磁通保持一定。
转差频率调速主要是为克服U／f控制的精度和动态性能均不理想的缺陷，而得到较理想的动、静态特性，控制转矩的一种方法。
矢量控制根据直流电机的基本控制原理，通过矢量分解和数学换算，使异步电机的磁通矢量和电流矢量互相垂直，可以产生与直流电机相同的转矩、控制精度及响应精度，具有高速响应、低频转矩大和控制灵活的优点。
25t、40t门机起升、闭合、变幅、旋转机构由于位能负载的存在，采用闭环矢量控制；行走机构采用开环U／f控制。
5安川变频器在门机应用中的维护保养
安川变频器运行过程中，可以从设备外部目视检查运行状况有无异常，也可以通过键盘面板转换键查阅变频器的运行参数，如输出电压、输出电流、输出转矩、电机转速等，掌握变频器日常运行值的范围，以便及时发现变频器及电机问题。此外，还要注意以下几点：
1)由电气主管负责定期对变频器进行清扫、除尘，保持变频器内、外部的清洁及风道的畅通。
2)每次维护变频器后，要认真检查有无遗漏的螺丝及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事故。
3)测量变频器(含电机)绝缘时，应当使用机械式500V兆欧表。如仅对变频器进行检测，要拆去所有与变频器端子连接的外部接线。外部检测时，将主回路端子全部用导线短接起来，用兆欧表对地测试，如果在5MW以上，说明是正常的，这样做的目的是减少摇测次数。
4)变频器的故障率随温度升高而上升，使用寿命随温度升高而下降。因此要经常检查变频器风机和电气柜柜顶风机状况，确保变频器柜内及时散热。青岛港自行制造的门机电气室内均配置适当功率的空调，以保证电器元件的正常运行。
6安川变频器在门机使用中发生的故障及诊断
变频器拥有较强的故障诊断功能，能及时对其内部整流、逆变部分、CPU及外围故障进行保护。故障复位前，显示屏将一直显示故障代码，根据代码可确定故障原因，缩小故障范围，减少处理时间。复位后，故障将记录在变频器的历史记录里面，以便日后查阅。25t、40t新型门机自投产以来，变频器曾出现的故障代码及处理情况介绍如下。
6．1 PGO
故障解释：PG断线检出
处理方法：检查编码器线路，看有无线头松动或脱落。检查门机编码器联轴节，看固定螺丝是否松动。以上因素若都不存在，更换编码器后，故障现象一般会消失。
6．2 GF(GROUND FAULT)
故障解释：变频器输出侧的接地电流超过了变频器额定输出电流的50％左右。
处理方法：检查电机电缆有无破皮搭铁痕迹。检查接线盒内接线端子是否接地。若线路正常，则对电机进行绝缘测试，有可能是电机定子绕组击穿损坏。
6．3 CPF24
故障解释：通讯卡选择故障，大部分由于通讯受到干扰引起。
处理方法：停一次控制电后一般就会消失。
6．4 BB
故障解释：BASE BLOCK基极封锁。
原因分析：门机电控系统采用PLC控制，其外部电路产生故障信号返回PLC就会导致控制电路停止变频器的运行，引起跳闸。检查门机运行中的限位开关线路、触点接触、固定位置等情况；重量传感器、风速仪等外部监测设备；以及电动机的编码器的速度反馈信号等等，故障或错误信号反馈给PLC，都会造成跳闸。
处理方法：若外围信号不允许机构动作或通讯异常，则基极封锁，应检查外部信号或通讯信号。对于种类繁多的外部故障，必须加强日常检查，熟悉门机电路，保证各限位开关、外部传感器工作正常，一旦发生故障，根据现象及时排除。
6．5 OL(OVER LOAD)
故障解释：电机过载。
原因分析：过载也是变频器出现的比较频繁的故障之一，主要表现为电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不形成较大的冲击电流。
1)负荷过大。由于门机重量传感装置故障或外部原因造成的负荷过大，引起过载。例如门机在大变幅旋转时，如果风向与旋转反向，在风力较大时就会引起旋转过载。
2)变频器引起的过载。主要是变频器输出电压有问题，造成电机发热过载。
处理方法：
1)对于负荷引起的过载，要检查电动机是否过热，以及变频器显示的运行电流情况，要求司机在操作时严格按照规范操作，不超载运行。
2)对于变频器引起的过载，要检查变频器保护设置是否合理，并测量输出三相电压是否平衡，如果不平衡，则变频器内部存在故障，须及时排除。
负载过大，应及时调整负载的大小，调整加减速时间和周期。
6．6 OC(OVER CURRENT)
故障解释：过电流。
原因分析：过电流是门机日常运行过程中变频器报警最为频繁的现象，容易出现在启动及电机升速过程中。
1)变频器输出侧发生短路、接地。
2)负载过大时，减轻负载或加长加速时间。
处理方法：
1)对于短路故障，其现象一般为一上电就跳闸，无法复位或一升速就跳闸，需要检查电机或变频器到电机之间的线路是否存在接地或相间短路现象，并设法排除。
2)对于外部负载剧烈变化引起的过电流，要检查传动机构是否卡住，电机和减速箱等机构有无异常振动、噪音、冲击及发热现象，并及时排除，同时在运行过程中加强检查，规范操作，防止负载剧烈变化并形成冲击。
3)对于变频器设定或操作原因造成的过电流，需要根据设备实际作业情况，合理设定变频器的升速及降速时间、电流上限以及转矩补偿等有关参数，同时要求门机司机操作平稳，尽量减少急启、急停操作。
6．7 OV(OVER VOLTAGE)
故障解释：主回路过电压
原因分析：过电压主要是由供电或操作等外部原因引起的。
1)电源过电压是指因电源电压过高而使直流母线电压超过额定值。在这种情况下，变频系统出于保护的目的跳闸报警。由于门机是由码头变电站直接供电，必须要求变电站提高供电质量，减少电网电压波动，必要时加大电站变压器对地电容，确保供电质量。
2)再生过电压。门机在使用过程中有时会出现变频器过电压跳闸现象，特别容易出现在停车过程中，25t、40门机t均采用能耗制动方式，在制动过程中，电机的转差率为负，电动机实际上处于发电状态，产生的能量只能通过制动电阻消耗掉，如果变频器减速时间过短或电机受外力影响，产生的能量来不及消耗，就会产生过电压。
处理方法：一般复位后即可恢复正常。如解决不了，可采用延长变频器减速时间的方法来解决。要求门机司机操作平稳，减少突然停车及悠钩等操作。
以上是在实践中一点经验的总结。伴随变频技术的大量应用，港口设备的科技含量越来越高，在运行过程中门机变频器出现的故障也会越来越复杂。面对故障，必须根据实际情况潜心研究、仔细分析产生原因，并找到处理问题的有效方法。