Когато VFD или серво задвижване откаже да премине в готовност, изключи непосредствено след включване или многократно отчете неизправност по време на стартиране, вниманието често се насочва директно към двигателя.

В много случаи обаче двигателят все още не е станал част от проблема.

Неизправността може да се развива много по-рано по силовия път на задвижването.

Изправителят, кондензаторите на постояннотоковото звено и схемата за предварително зареждане работят преди инверторът да може да подаде контролирана мощност към двигателя.

Разбирането на тази последователност във входната част значително улеснява тълкуването на много неизправности при стартиране.

Това също помага на техниците да избегнат подмяната на скъпи модули на задвижването, основана единствено на код за грешка.

Фигура 1. Опростена входна част на индустриално задвижване, показваща изправянето, съхранението на енергия в постояннотоковото звено и инверторния етап. Изображението е предоставено от Wake Industrial.

Какво всъщност прави постояннотоковата шина

Конвенционалното променливотоково задвижване съдържа няколко основни етапа на преобразуване на мощността.

Входният изправител преобразува постъпващото променливотоково захранване в постояннотоково.

Постояннотоковото звено, обикновено наричано постояннотокова шина, съхранява и изглажда тази енергия чрез кондензаторна батерия.

След това инверторът комутирa електронно постояннотоковото захранване, за да създаде необходимия за двигателя изход с променлива честота и променливо напрежение.

При типично трифазно задвижване напрежението на постояннотоковата шина е значително по-високо от средноквадратичното междуфазно напрежение на входната променливотокова линия.

Система с напрежение 480 VAC обикновено създава заредена постояннотокова шина в диапазона приблизително 650–680 VDC.

Точната стойност зависи от входното напрежение, топологията на задвижването, натоварването и други електрически условия.

Това ниво на напрежение е една от причините постояннотоковата шина да изисква особено внимание по време на диагностика.

Шината съхранява значително количество електрическа енергия и може да остане опасна дори след изключване на входното захранване.

Защо включването на задвижването създава пусков ток

Кондензаторите на постояннотоковата шина започват стартирането в разредено или частично разредено състояние.

В първия момент на включване те имат много нисък импеданс при зареждане.

Без ограничаване на тока изправителят би се опитал почти незабавно да зареди голяма кондензаторна батерия.

Полученият пусков ток може да бъде многократно по-висок от нормалния работен ток.

Импедансът на трансформатора, импедансът на захранващата линия, кабелите и други компоненти по веригата преди задвижването осигуряват известно ограничаване.

Обикновено те не са предназначени да служат като основен механизъм за ограничаване на пусковия ток на задвижването.

Прекомерният заряден ток може да натовари изправителните компоненти, предпазителите, прекъсвачите и комутационните устройства.

Повтарящото се превключване на голям ток също може да ускори износването на електрическите контакти.

Ето защо много по-мощни задвижвания използват отделна схема за предварително зареждане.

Предварителното зареждане управлява първите секунди на стартирането

Основната концепция зад предварителното зареждане е проста.

Вместо да свързва разредената кондензаторна батерия директно към пълния път за зареждане, задвижването първоначално насочва тока през резистор или друга управляема зарядна схема.

Това ограничава тока, докато напрежението на DC шината се повишава.

Фигура 2. Типична последователност на предварително зареждане ограничава началния ток на кондензаторите, преди да бъде установен нормалният силов път. Изображението е предоставено с любезното съдействие на Wake Industrial.

При нормална последователност напрежението на шината трябва да се повиши до очакваното ниво в рамките на времето, зададено от конструкцията на задвижването.

След достигане на необходимия праг на напрежение много задвижвания заобикалят съпротивлението за предварително зареждане чрез реле или контактор.

При някои устройства техниците могат да чуят този преход като отчетливо щракване.

Точната реализация варира при различните производители и продуктови серии задвижвания.

При някои по-малки задвижвания тези функции са интегрирани в електронни схеми, вместо да се използва очевидно външно контакторно устройство.

Принципът остава сходен: първо се управлява зареждането на кондензаторите, а след това се установява нормалният силов път.

Ако тази последователност не завърши правилно, задвижването може да остане в състояние на зареждане, да отчете недостатъчно напрежение, да сигнализира за изтекло време за предварително зареждане или просто да откаже да премине в състояние на готовност.

Защо съхраняваните задвижвания изискват специално внимание

Кондензаторите на DC шината обикновено са електролитни кондензатори.

Продължителните периоди без напрежение могат да повлияят на вътрешното диелектрично състояние на кондензаторите.

Именно затова водещите производители на задвижвания публикуват процедури за формоване на кондензатори за оборудване, съхранявано продължително време.

Формоването постепенно възстановява електрическите характеристики на кондензатора преди нормалната работа.

Необходимият метод и периодът на съхранение зависят от производителя на задвижването и продуктовата серия.

Затова техниците трябва да следват приложимата процедура на OEM производителя, вместо да прилагат общо правило за формоване.

Това съображение е особено важно при пускане в експлоатация на резервни задвижвания, съхранявани дълго време, или на остаряло оборудване, извадено от складови наличности.

Изправителят е входът към DC шината

Конвенционалният диоден изправител обикновено е един от първите основни полупроводникови етапи, през които преминава входящото захранване.

Късо съединен изправителен диод или мост може да причини сериозна повреда от страната на входа.

Възможен симптом е незабавното задействане на предпазител или прекъсвач при подаване на захранване към задвижването.

Този симптом обаче не е характерен само за изправителя.

Късо съединени компоненти на DC шината, устройства за потискане на пренапрежения или други повреди на силови полупроводници могат да предизвикат подобно поведение.

Прекъснал път през токоизправителя може да създаде различен модел.

Задвижването все още може да показва признаци на управляващо захранване, докато напрежението на постояннотоковата шина не достига или не поддържа нормалното си ниво.

Ненормалното изправяне също може да увеличи пулсациите на шината и нагряването на компонентите.

Поради тази причина незабавното изключване на входа трябва да се разглежда като признак за сериозен проблем в силовата част, а не като доказателство, че е повредило конкретно устройство.

Кондензаторите на постояннотоковата шина се повреждат по различен начин с остаряването си

Повредата на кондензатор не винаги означава зрелищно разкъсване.

Тежка вътрешна повреда може фактически да окъси постояннотоковата шина и да предизвика незабавно задействане на защитното устройство.

Постепенното влошаване е по-трудно за установяване.

Електролитните кондензатори могат да загубят ефективен капацитет и с остаряването си да развият по-високо еквивалентно серийно съпротивление.

Задвижването може да продължи да работи, докато характеристиките му за съхранение на енергия постепенно се влошават.

Симптомите могат да включват увеличени пулсации на шината, намалена стабилност при натоварване, периодични събития на недостатъчно напрежение или необичайно поведение при зареждане.

Температурата, часовете работа и електрическото натоварване влияят върху живота на кондензаторите.

Продължителното съхранение създава различен проблем и не бива автоматично да се приема за нормално експлоатационно износване.

Веригата за предварително зареждане може да се повреди, дори когато основната силова част е изправна

Задвижването може да има изправен токоизправител и изправна кондензаторна банка, но въпреки това да не успее при стартиране, защото последователността на зареждане не може да завърши.

Прекъснал резистор за предварително зареждане може да прекъсне контролирания път на зареждане.

Повредено байпасно реле или контактор може да позволи зареждането на шината, но да попречи на задвижването да премине към нормална работа.

Схемата на задвижването, която управлява това устройство, също може да се повреди.

Измерването на напрежението на шината добавя още една възможна точка на повреда.

Ако действителното напрежение на шината достигне необходимото ниво, но управляващата система не го отчете правилно, задвижването може да се държи така, сякаш зареждането никога не е завършило.

Това разграничение е полезно при отстраняване на неизправности.

Ниско напрежение на постояннотоковата шина и неправилно отчетено напрежение на шината са различни проблеми, дори когато resultingата повреда при стартиране изглежда сходна.

Моментно изключване при включване насочва към сериозна повреда във входната силова част

Моментът на възникване на повредата е една от най-полезните диагностични насоки.

Ако входният предпазител изгори почти веднага след подаване на захранване, нормалната работа на задвижването не е имала почти никакво време да започне.

Затова вниманието първо трябва да се насочи към входната силова част и постояннотоковата шина.

Възможните причини включват окъсил токоизправител, окъсил кондензатор на постояннотоковата шина, повреден защитен компонент или друго късо съединение в силовата част на задвижването.

Повреда на инвертора след изправителя също може да повлияе на постояннотоковата шина при някои конструкции.

Ключовият момент е времето на възникване.

Моментното изключване показва различна категория повреда в сравнение със задвижване, което се зарежда нормално и отказва едва след получаване на команда за работа.

Задвижване, което остава в режим на предварително зареждане, разказва различна история

Друг често срещан симптом е задвижване, което захранва дисплея или управляващата електроника, но никога не достига състояние на готовност.

Това често насочва към последователността на зареждане, а не към незабавно твърдо късо съединение.

Ако напрежението на шината се повиши само частично, техникът може да трябва да провери веригата за предварително зареждане, прекомерния ток на утечка на постояннотоковата връзка или необичайно натоварване на шината.

Ако шината достигне приблизително очакваното си напрежение, но задвижването никога не премине от зареждане към следващ етап, вниманието може да се насочи към байпасното устройство, управляващата му схема или измерването на напрежението.

Тези разграничения са по-полезни от подмяната на части, основана единствено на обща повреда при стартиране.

Пониженото напрежение при стартиране може да е извън задвижването

Не всяка повреда поради понижено напрежение на постояннотоковата шина означава, че самото задвижване е повредено.

Входното захранване трябва да бъде проверено, преди задвижването да бъде обявено за повредено.

Липсваща фаза, значителен фазов дисбаланс или слаб източник могат да попречат на нормалното зареждане на постояннотоковата шина.

Дългите захранващи линии и недостатъчно оразмерената входна инфраструктура също могат да причинят спад на напрежението по време на зареждането.

Системите, захранвани от генератор, заслужават специално внимание, тъй като импедансът на източника и преходната реакция могат значително да се различават от тези на стабилно мрежово захранване.

Ако мрежовото напрежение спадне, докато кондензаторите се зареждат, задвижването може правилно да отчете състояние на понижено напрежение, въпреки че вътрешната му силова част е изправна.

Това е една от причините опитните техници по задвижванията да сравняват и трите входни междуфазови напрежения, преди да направят заключения въз основа на повреда в постояннотоковата шина.

Пренапрежението при стартиране е по-рядко, но е възможно

Пренапрежението по-често се свързва с регенерация от двигателя по време на забавяне.

Въпреки това могат да възникнат условия на пренапрежение при стартиране.

Високото входно мрежово напрежение е очевидна възможност.

Архитектурите със споделена постояннотокова шина добавят още една променлива, тъй като няколко инвертора или захранващи секции могат да взаимодействат чрез общата връзка.

Регенеративните входни каскади и многоосните системи могат да направят връзката между мрежовото напрежение и локалното напрежение на шината на инвертора по-сложна.

Отстраняването на неизправности в тези системи изисква разбиране на цялата архитектура на постояннотоковата шина, вместо оценяване на едно задвижване изолирано.

Това е особено важно при по-големи системи за задвижвания и управление на движението, в които няколко оси могат да споделят захранващата инфраструктура.

Кривата на зареждане може да разкрие това, което кодът за неизправност не може

Кодовете за неизправности дават полезни насоки, но поведението на шината при стартиране може да предостави допълнителен контекст.

Изправната система обикновено трябва да осигури постепенно и подредено покачване към проектното напрежение на шината.

Незабавният спад показва различен проблем в сравнение с бавно, непълно зареждане.

Шина, която достига приблизително нормално напрежение, но никога не преминава в състояние на готовност, насочва към друга категория проблеми.

Затова техниците често мислят по отношение на последователности, а не на изолирани показания на напрежението.

Изключи ли се задвижването веднага?

Започна ли да се зарежда постояннотоковата шина?

Достигна ли очаквания диапазон?

Премина ли етапът на предварително зареждане?

Възникна ли повредата преди или след командата за пускане?

Тези въпроси постепенно стесняват броя на вероятните подсистеми.

Измерете променливотоковото захранване, преди да обявите задвижването за неизправно

Една от най-простите грешки при отстраняване на неизправности е да се приеме, че трифазното захранване е изправно, само защото има напрежение.

Трите измервания между фазите трябва да се сравнят.

Липсваща фаза или значителен дисбаланс могат да създадат объркващи симптоми.

Входното напрежение също трябва да се отчита по време на самия процес на зареждане, когато това е практично и разрешено от процедурите на обекта.

Захранване, което изглежда приемливо при малък товар, може да се държи различно, когато кондензаторите на постояннотоковата връзка започнат да се зареждат.

За обекти, които поддържат множество платформи VFD и AC Drive, документирането на нормалното поведение при стартиране може значително да улесни бъдещите сравнения.

Измерванията на постояннотоковата шина изискват строга дисциплина при работа с високо напрежение

Постояннотоковата шина е една от най-опасните точки вътре в индустриалното задвижване.

Тя може да носи няколкостотин волта постоянен ток и да съхранява енергия, след като входното захранване бъде премахнато.

Изключеният дисплей не доказва, че постояннотоковата връзка е разредена.

Трябва да се спазват времето за разреждане, посочено от производителя на оригиналното оборудване, и инструкциите за безопасност.

Процедурите за блокиране и обозначаване остават задължителни, когато са приложими.

Липсата на напрежение трябва да се проверява с подходящо оразмерено оборудване и утвърдени практики за електробезопасност.

Измерванията на постояннотоковата шина под напрежение трябва да се извършват само от персонал, обучен и упълномощен за такава работа.

Техниците трябва също да помнят, че категорията на измервателния уред, номиналното напрежение, измервателните проводници и методът на измерване са от значение при такива нива на енергия.

Проверките на съпротивлението при изключено захранване дават насоки, но не и окончателни отговори

След като задвижването бъде безопасно изолирано и бъде потвърдено, че постояннотоковата шина е разредена, измерванията на съпротивлението могат да помогнат за установяването на очевидно късо съединение.

Измерванията между DC+ и DC− обаче изискват интерпретация.

Кондензаторите могат да се зареждат от самия измервателен уред, което води до промяна на показаното съпротивление.

Вътрешните полупроводникови пътища и спомагателните вериги също могат да повлияят на показанието.

Следователно променящата се стойност на съпротивлението не е универсален тест за кондензатор с резултат „издържал“ или „не издържал“.

Процедурите на производителя за изпитване на компоненти трябва да имат приоритет, когато е необходимо подробно тестване на силовия етап.

Фигура 3. Диагностиката на регулатора трябва да свързва наблюдавания симптом с правилната подсистема на силовия етап, преди да бъдат подменени компоненти. Изображението е предоставено с любезното съдействие на Adobe Stock.

Времето на поява на симптома често е най-бързият диагностичен филтър

Практическата стратегия за диагностика започва с точното установяване кога възниква неизправността.

Моментно изключване при подаване на захранване прави сериозна електрическа неизправност във входната силова част по-вероятна.

Регулатор, който започва да се зарежда, но никога не преминава в готовност, по-силно насочва към завършването на предварителното зареждане, измерването на напрежението на шината или свързани функции за управление.

Неизправност поради ниско напрежение по време на зареждане трябва да насочи проверката както към входното захранване, така и към вътрешния път за зареждане.

Регулатор, който достига нормално напрежение на шината и се поврежда едва след получаване на команда за работа, принадлежи към различен клон на диагностиката.

На този етап изходът на инвертора, кабелите на двигателя, състоянието на двигателя и поведението на товара стават по-релевантни.

Този подход, основан на последователността, предотвратява произволното прехвърляне на диагностиката между несвързани компоненти.

Първите секунди разкриват голяма част от историята

Постояннотоковата шина по същество е енергиен резервоар, разположен между изправителя и инвертора на регулатора.

Поведението му при стартиране е предвидимо, тъй като регулаторът трябва да изпълни определена електрическа последователност, преди да започне нормалното управление на двигателя.

Входният променлив ток се изправя.

Блокът кондензатори се зарежда през контролиран път.

Шината се доближава до работното си напрежение.

Етапът на предварително зареждане преминава към нормалния силов път.

Системата за управление потвърждава необходимите условия и позволява на регулатора да премине в готовност.

Когато стартирането е неуспешно, определянето къде е спряла тази последователност често е по-ценно от самостоятелното прочитане на финалното съобщение за неизправност.

Твърдите къси съединения, непълното предварително зареждане, амортизираните кондензатори, проблемите с измерването на напрежението на шината и спадът на напрежението от страната на инсталацията създават различни модели.

Разбирането на тези модели превръща диагностиката на постояннотоковата шина от безразборна подмяна на части в структурирано установяване на неизправности.

За техниците, работещи с индустриални честотни регулатори и серво системи, най-информативният период може да бъде именно най-краткият: първите няколко секунди след подаване на захранване.