DC Bus Fundamentals in Industrial Motor Drives

พื้นฐานบัส DC ในชุดขับมอเตอร์อุตสาหกรรม

บัส DC เป็นส่วนสำคัญของการเริ่มทำงานของ VFD และเซอร์โวไดรฟ์ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเรียงกระแส การชาร์จตัวเก็บประจุ ลำดับการพรีชาร์จ และรูปแบบข้อผิดพลาดที...

เมื่อ VFD หรือเซอร์โวไดรฟ์ไม่ยอมเข้าสู่สถานะพร้อม ทำงานขัดข้องทันทีหลังจ่ายพลังงาน หรือเกิดข้อขัดข้องซ้ำ ๆ ระหว่างเริ่มต้นระบบ ความสนใจมักมุ่งไปที่มอเตอร์โดยตรง

อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี มอเตอร์ยังไม่ได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของปัญหา

ความขัดข้องอาจเริ่มก่อตัวขึ้นก่อนหน้านั้นมากในเส้นทางพลังงานของไดรฟ์

เรกติไฟเออร์ คาปาซิเตอร์ DC link และวงจรพรีชาร์จล้วนทำงานก่อนที่อินเวอร์เตอร์จะสามารถจ่ายพลังงานที่ควบคุมได้ให้กับมอเตอร์

การทำความเข้าใจลำดับการทำงานของส่วนหน้านี้ช่วยให้ตีความข้อขัดข้องขณะเริ่มต้นระบบได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

นอกจากนี้ยังช่วยให้ช่างเทคนิคหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนโมดูลไดรฟ์ราคาแพงโดยอาศัยเพียงรหัสข้อขัดข้อง

ส่วนหน้าของไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม แสดงเรกติไฟเออร์ AC คาปาซิเตอร์บัส DC วงจรพรีชาร์จ และขั้นตอนอินเวอร์เตอร์

รูปที่ 1 ส่วนหน้าของไดรฟ์อุตสาหกรรมแบบย่อ แสดงการเรียงกระแส การกักเก็บพลังงานใน DC-link และขั้นตอนอินเวอร์เตอร์ ภาพเอื้อเฟื้อโดย Wake Industrial

บัส DC ทำหน้าที่อะไร

ไดรฟ์ AC แบบทั่วไปประกอบด้วยขั้นตอนหลักของการแปลงพลังงานหลายขั้นตอน

เรกติไฟเออร์ขาเข้าจะแปลงไฟ AC ขาเข้าเป็นไฟ DC

DC link ซึ่งมักเรียกว่าบัส DC จะกักเก็บและปรับให้พลังงานดังกล่าวราบเรียบโดยใช้ชุดคาปาซิเตอร์

จากนั้นอินเวอร์เตอร์จะสวิตช์แหล่งจ่าย DC ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อสร้างเอาต์พุตความถี่แปรผันและแรงดันแปรผันตามที่มอเตอร์ต้องการ

สำหรับไดรฟ์สามเฟสทั่วไป แรงดันบัส DC จะสูงกว่าแรงดัน RMS ระหว่างสายของไฟ AC ขาเข้าอย่างมาก

ระบบ 480 VAC โดยทั่วไปจะสร้างบัส DC ที่มีประจุอยู่ประมาณช่วง 650–680 VDC

ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงดันขาเข้า โทโพโลยีของไดรฟ์ โหลด และเงื่อนไขทางไฟฟ้าอื่น ๆ

ระดับแรงดันดังกล่าวเป็นเหตุผลหนึ่งที่ควรให้ความสำคัญกับ DC link เป็นพิเศษระหว่างการแก้ไขปัญหา

บัสจะกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก และยังคงเป็นอันตรายได้แม้ตัดไฟขาเข้าแล้ว

เหตุใดการจ่ายพลังงานให้ไดรฟ์จึงทำให้เกิดกระแสกระชาก

คาปาซิเตอร์ DC-link เริ่มต้นการทำงานในสภาวะคายประจุหรือคายประจุบางส่วน

ในช่วงขณะแรกที่จ่ายพลังงาน อุปกรณ์เหล่านี้จะมีอิมพีแดนซ์การชาร์จต่ำมาก

หากไม่มีการจำกัดกระแส เรกติไฟเออร์จะพยายามชาร์จชุดคาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่แทบจะทันที

กระแสกระชากที่เกิดขึ้นอาจสูงกว่ากระแสขณะทำงานปกติหลายเท่า

อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลง อิมพีแดนซ์ของสายป้อน การเดินสาย และส่วนประกอบต้นทางอื่น ๆ ช่วยจำกัดกระแสได้ในระดับหนึ่ง

โดยปกติแล้วอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้มีไว้เพื่อทำหน้าที่เป็นกลไกควบคุมกระแสกระชากหลักของไดรฟ์

กระแสชาร์จที่สูงเกินไปอาจสร้างภาระให้กับส่วนประกอบเรกติไฟเออร์ ฟิวส์ เบรกเกอร์ และอุปกรณ์สวิตช์

การสวิตช์กระแสสูงซ้ำ ๆ ยังอาจเร่งการสึกหรอของหน้าสัมผัสไฟฟ้าได้

นี่คือเหตุผลที่ไดรฟ์ขนาดใหญ่จำนวนมากใช้วงจรพรีชาร์จโดยเฉพาะ

พรีชาร์จจะควบคุมช่วงวินาทีแรกของการเริ่มทำงาน

แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังการพรีชาร์จนั้นเรียบง่าย

แทนที่จะเชื่อมต่อชุดตัวเก็บประจุที่คายประจุแล้วเข้ากับเส้นทางชาร์จเต็มโดยตรง ไดรฟ์จะกำหนดให้กระแสไหลผ่านตัวต้านทานหรือวงจรชาร์จแบบควบคุมอื่นในช่วงแรก

วิธีนี้จะจำกัดกระแสขณะที่แรงดันบัส DC เพิ่มขึ้น

ลำดับการพรีชาร์จของ VFD อุตสาหกรรม แสดงการชาร์จบัส DC ที่จำกัดด้วยตัวต้านทาน ตามด้วยการทำงานของคอนแทคเตอร์บายพาส

รูปที่ 2. ลำดับการพรีชาร์จทั่วไปจะจำกัดกระแสเริ่มต้นของตัวเก็บประจุก่อนสร้างเส้นทางจ่ายกำลังไฟฟ้าปกติ ภาพเอื้อเฟื้อโดย Wake Industrial

ในลำดับการทำงานปกติ แรงดันบัสควรเพิ่มขึ้นจนใกล้ระดับที่คาดหมายภายในเวลาที่การออกแบบไดรฟ์กำหนด

เมื่อแรงดันถึงเกณฑ์ที่กำหนด ไดรฟ์จำนวนมากจะบายพาสตัวต้านทานพรีชาร์จโดยใช้รีเลย์หรือคอนแทคเตอร์

ในอุปกรณ์บางรุ่น ช่างเทคนิคอาจได้ยินการเปลี่ยนผ่านนี้เป็นเสียงคลิก

การใช้งานจริงที่แน่นอนแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและตระกูลไดรฟ์

ไดรฟ์ขนาดเล็กบางรุ่นรวมฟังก์ชันเหล่านี้ไว้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แทนการใช้คอนแทคเตอร์ภายนอกที่เห็นได้ชัดเจน

หลักการยังคงคล้ายเดิม คือควบคุมการชาร์จตัวเก็บประจุก่อน จากนั้นจึงสร้างเส้นทางจ่ายกำลังไฟฟ้าสำหรับการทำงานปกติ

หากลำดับนี้ไม่เสร็จสมบูรณ์อย่างถูกต้อง ไดรฟ์อาจค้างอยู่ในสถานะกำลังชาร์จ รายงานแรงดันต่ำกว่าปกติ แจ้งหมดเวลาการพรีชาร์จ หรือเพียงปฏิเสธที่จะเข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

เหตุใดไดรฟ์ที่จัดเก็บไว้จึงควรได้รับความใส่ใจเป็นพิเศษ

ตัวเก็บประจุลิงก์ DC มักเป็นตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์

การไม่มีแรงดันไฟฟ้าเป็นเวลานานอาจส่งผลต่อสภาพไดอิเล็กทริกภายในของตัวเก็บประจุเหล่านี้

นี่คือเหตุผลที่ผู้ผลิตไดรฟ์รายใหญ่เผยแพร่ขั้นตอนการฟอร์มใหม่ของตัวเก็บประจุสำหรับอุปกรณ์ที่จัดเก็บเป็นเวลานาน

การฟอร์มใหม่จะค่อย ๆ คืนคุณลักษณะทางไฟฟ้าของตัวเก็บประจุก่อนการทำงานตามปกติ

วิธีการและระยะเวลาการจัดเก็บที่กำหนดขึ้นอยู่กับผู้ผลิตไดรฟ์และตระกูลผลิตภัณฑ์

ดังนั้น ช่างเทคนิคควรปฏิบัติตามขั้นตอนของ OEM ที่เกี่ยวข้อง แทนการใช้กฎการฟอร์มใหม่แบบทั่วไป

ข้อควรพิจารณานี้สำคัญเป็นพิเศษเมื่อนำไดรฟ์สำรองที่เก็บไว้นานหรืออุปกรณ์ล้าสมัยจากคลังสินค้ามาเริ่มใช้งาน

เรกติไฟเออร์คือประตูสู่บัส DC

โดยทั่วไป วงจรเรียงกระแสแบบไดโอดเป็นหนึ่งในขั้นสารกึ่งตัวนำหลักลำดับแรกที่ไฟขาเข้าต้องผ่าน

ไดโอดหรือบริดจ์เรกติไฟเออร์ที่ลัดวงจรอาจทำให้เกิดความขัดข้องรุนแรงที่ด้านอินพุต

อาการที่อาจพบได้คือฟิวส์หรือเบรกเกอร์ตัดการทำงานทันทีเมื่อจ่ายไฟให้ไดรฟ์

อย่างไรก็ตาม อาการดังกล่าวไม่ได้เกิดจากวงจรเรียงกระแสเพียงอย่างเดียว

ส่วนประกอบของลิงก์ DC ที่ลัดวงจร อุปกรณ์ป้องกันแรงดันกระชาก หรือความขัดข้องอื่น ๆ ของสารกึ่งตัวนำกำลัง อาจทำให้เกิดอาการคล้ายกันได้

เส้นทางวงจรเรียงกระแสที่ขาดอาจทำให้เกิดรูปแบบอาการที่แตกต่างออกไป

ไดรฟ์อาจยังแสดงสัญญาณว่ามีไฟเลี้ยงวงจรควบคุม ขณะที่บัส DC ไม่สามารถเพิ่มถึงหรือรักษาระดับปกติไว้ได้

การเรียงกระแสที่ผิดปกติยังอาจเพิ่มริปเปิลของบัสและความร้อนสะสมในชิ้นส่วน

ด้วยเหตุนี้ ควรถือว่าการทริปของอินพุตทันทีเป็นหลักฐานของปัญหาร้ายแรงในส่วนกำลัง มากกว่าจะสรุปว่าอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งขัดข้องโดยเฉพาะ

ตัวเก็บประจุลิงก์ DC ขัดข้องแตกต่างกันไปตามอายุการใช้งาน

ความขัดข้องของตัวเก็บประจุไม่ได้หมายความว่าจะต้องเกิดการแตกหรือระเบิดอย่างรุนแรงเสมอไป

ความขัดข้องภายในอย่างรุนแรงอาจทำให้ลิงก์ DC ลัดวงจรในทางปฏิบัติ และทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำงานทันที

การเสื่อมสภาพอย่างค่อยเป็นค่อยไปจะสังเกตได้ยากกว่า

ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อาจสูญเสียค่าความจุที่ใช้งานได้และมีความต้านทานอนุกรมสมมูลสูงขึ้นเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น

ไดรฟ์อาจยังทำงานต่อไปได้ ขณะที่ประสิทธิภาพการกักเก็บพลังงานค่อย ๆ แย่ลง

อาการอาจรวมถึงริปเปิลของบัสเพิ่มขึ้น ความเสถียรภายใต้โหลดลดลง เหตุการณ์แรงดันต่ำกว่าปกติเป็นระยะ หรือพฤติกรรมการชาร์จผิดปกติ

อุณหภูมิ ชั่วโมงการทำงาน และความเค้นทางไฟฟ้าล้วนส่งผลต่ออายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ

การเก็บรักษาเป็นเวลานานทำให้เกิดข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่ง และไม่ควรถือว่าเป็นการสึกหรอจากการทำงานตามปกติโดยอัตโนมัติ

วงจรพรีชาร์จอาจขัดข้องได้ แม้ว่าส่วนกำลังหลักจะยังสมบูรณ์

ไดรฟ์อาจมีวงจรเรียงกระแสและชุดตัวเก็บประจุที่ยังดีอยู่ แต่ยังคงขัดข้องขณะเริ่มต้น เนื่องจากลำดับการชาร์จไม่สามารถเสร็จสมบูรณ์ได้

ตัวต้านทานพรีชาร์จที่ขาดอาจขัดจังหวะเส้นทางการชาร์จแบบควบคุม

รีเลย์บายพาสหรือคอนแทคเตอร์ที่เสียหายอาจทำให้บัสชาร์จได้ แต่ป้องกันไม่ให้ไดรฟ์เปลี่ยนเข้าสู่การทำงานตามปกติ

วงจรไดรฟ์ที่ควบคุมอุปกรณ์ดังกล่าวก็อาจขัดข้องได้เช่นกัน

การตรวจจับแรงดันบัสเพิ่มจุดที่อาจเกิดความขัดข้องได้อีกจุดหนึ่ง

หากบัสจริงมีแรงดันถึงระดับที่กำหนด แต่ระบบควบคุมตรวจจับได้ไม่ถูกต้อง ไดรฟ์อาจทำงานเสมือนว่าการชาร์จยังไม่เสร็จสิ้น

ความแตกต่างนี้มีประโยชน์ระหว่างการแก้ไขปัญหา

บัส DC ต่ำกับการรายงานค่าบัส DC ไม่ถูกต้องเป็นปัญหาคนละอย่าง แม้ว่าความขัดข้องขณะเริ่มต้นที่เกิดขึ้นจะดูคล้ายกัน

ทริปทันทีเมื่อเปิดเครื่องชี้ไปที่ความขัดข้องรุนแรงในส่วนหน้าของวงจร

ช่วงเวลาที่เกิดความขัดข้องเป็นเบาะแสในการวินิจฉัยที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง

หากฟิวส์ขาเข้าขาดเกือบจะทันทีที่จ่ายไฟ แสดงว่ายังมีเวลาไม่เพียงพอให้ไดรฟ์เริ่มทำงานตามปกติ

ดังนั้นควรตรวจสอบส่วนกำลังขาเข้าและลิงก์ DC เป็นอันดับแรก

สาเหตุที่เป็นไปได้ ได้แก่ วงจรเรียงกระแสลัดวงจร ตัวเก็บประจุลิงก์ DC ลัดวงจร อุปกรณ์ระงับแรงดันขัดข้อง หรือเกิดการลัดวงจรอื่นภายในส่วนกำลังของไดรฟ์

อินเวอร์เตอร์ด้านปลายทางที่ขัดข้องอาจส่งผลต่อบัส DC ในการออกแบบบางประเภทได้เช่นกัน

ประเด็นสำคัญคือจังหวะเวลา

การตัดการทำงานทันทีบ่งชี้หมวดหมู่ความขัดข้องที่แตกต่างจากไดรฟ์ที่ชาร์จตามปกติและขัดข้องเฉพาะหลังได้รับคำสั่งให้ทำงาน

ไดรฟ์ที่ค้างอยู่ในโหมดพรีชาร์จบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป

อาการทั่วไปอีกอย่างคือไดรฟ์ที่จ่ายไฟให้จอแสดงผลหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมได้ แต่ไม่เข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

อาการนี้มักชี้ไปที่ลำดับการชาร์จ มากกว่าจะเป็นการลัดวงจรแบบรุนแรงที่เกิดขึ้นทันที

หากแรงดันบัสเพิ่มขึ้นเพียงบางส่วน ช่างเทคนิคอาจต้องพิจารณาเส้นทางพรีชาร์จ การรั่วไหลของลิงก์ DC ที่มากเกินไป หรือโหลดผิดปกติบนบัส

หากบัสเข้าใกล้แรงดันที่คาดหมาย แต่ไดรฟ์ไม่เปลี่ยนจากโหมดชาร์จเสียที จุดที่ควรตรวจสอบอาจเปลี่ยนไปเป็นอุปกรณ์บายพาส วงจรควบคุมของอุปกรณ์นั้น หรือระบบตรวจจับแรงดัน

ความแตกต่างเหล่านี้มีประโยชน์มากกว่าการเปลี่ยนชิ้นส่วนโดยอาศัยเพียงความขัดข้องทั่วไปขณะเริ่มต้นระบบ

แรงดันต่ำของบัสขณะเริ่มต้นระบบอาจเกิดจากภายนอกไดรฟ์

ไม่ใช่ทุกความขัดข้องแรงดันต่ำของบัส DC ที่หมายความว่าไดรฟ์เสียเอง

ควรประเมินแหล่งจ่ายขาเข้าก่อนตัดสินว่าไดรฟ์เสีย

เฟสที่หายไป ความไม่สมดุลของเฟสอย่างมาก หรือแหล่งจ่ายที่อ่อน อาจรบกวนการชาร์จบัส DC ตามปกติ

สายป้อนระยะยาวและโครงสร้างพื้นฐานต้นทางที่มีขนาดเล็กเกินไปก็อาจทำให้เกิดแรงดันตกในระหว่างการชาร์จได้

ระบบที่จ่ายไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรได้รับการตรวจสอบเป็นพิเศษ เพราะอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายและการตอบสนองต่อสัญญาณชั่วขณะอาจแตกต่างจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าสาธารณะที่มีความแข็งแรงอย่างมาก

หากแรงดันสายยุบตัวขณะที่ตัวเก็บประจุกำลังชาร์จ ไดรฟ์อาจรายงานภาวะแรงดันต่ำได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าสเตจจ่ายกำลังภายในจะยังทำงานเป็นปกติ

นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ช่างเทคนิคไดรฟ์ผู้มีประสบการณ์จะเปรียบเทียบแรงดันขาเข้าสายระหว่างเฟสทั้งสามค่าก่อนสรุปจากความขัดข้องของบัส DC

แรงดันเกินขณะเริ่มต้นระบบพบได้น้อยกว่าแต่ก็เป็นไปได้

โดยทั่วไปแรงดันเกินมักเกี่ยวข้องกับการรีเจนเนอเรชันของมอเตอร์ระหว่างการลดความเร็ว

อย่างไรก็ตาม อาจเกิดภาวะแรงดันเกินขณะเริ่มต้นระบบได้

แรงดันไฟฟ้าสายขาเข้าสูงเป็นความเป็นไปได้ที่เห็นได้ชัด

สถาปัตยกรรมบัส DC ร่วมเพิ่มตัวแปรอีกประการหนึ่ง เนื่องจากอินเวอร์เตอร์หรือส่วนจ่ายไฟหลายตัวอาจมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านลิงก์ร่วม

ฟรอนต์เอนด์แบบรีเจนเนอเรทีฟและระบบหลายแกนอาจทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าสายกับแรงดันบัสของอินเวอร์เตอร์เฉพาะจุดมีความซับซ้อนมากขึ้น

การแก้ไขปัญหาระบบเหล่านี้จำเป็นต้องเข้าใจสถาปัตยกรรมบัส DC ทั้งหมด แทนที่จะประเมินไดรฟ์เพียงตัวเดียวโดยแยกจากส่วนอื่น

เรื่องนี้เกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับระบบไดรฟ์และการควบคุมการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ ซึ่งหลายแกนอาจใช้โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานร่วมกัน

เส้นโค้งการชาร์จอาจเปิดเผยสิ่งที่รหัสข้อผิดพลาดไม่สามารถบอกได้

รหัสข้อผิดพลาดช่วยชี้แนวทางได้ แต่พฤติกรรมของบัสระหว่างการเริ่มทำงานก็ให้บริบทเพิ่มเติมได้

โดยปกติระบบที่ทำงานปกติควรทำให้แรงดันเพิ่มขึ้นอย่างเป็นลำดับจนเข้าใกล้แรงดันบัสที่ออกแบบไว้

การยุบตัวลงทันทีบ่งชี้ปัญหาที่แตกต่างจากการชาร์จที่ช้าและไม่สมบูรณ์

บัสที่มีแรงดันขึ้นถึงประมาณค่าปกติ แต่ไม่เคยเข้าสู่สถานะพร้อมใช้งาน บ่งชี้ถึงปัญหาอีกประเภทหนึ่ง

นี่คือเหตุผลที่ช่างเทคนิคมักคิดในแง่ของลำดับเหตุการณ์ มากกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าที่แยกพิจารณา

ไดรฟ์ตัดการทำงานทันทีหรือไม่

บัส DC เริ่มชาร์จหรือไม่

ค่าดังกล่าวเข้าสู่ช่วงที่คาดไว้หรือไม่

ขั้นตอนพรีชาร์จเปลี่ยนสถานะหรือไม่

ความขัดข้องเกิดขึ้นก่อนหรือหลังคำสั่งเดินเครื่อง

คำถามเหล่านี้ช่วยลดจำนวนระบบย่อยที่มีแนวโน้มเป็นสาเหตุลงทีละขั้น

วัดแหล่งจ่ายไฟ AC ก่อนตัดสินว่าไดรฟ์เสีย

ข้อผิดพลาดในการแก้ไขปัญหาที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งคือการสมมติว่าไฟฟ้าสามเฟสถูกต้องเพียงเพราะมีแรงดันไฟฟ้า

ควรเปรียบเทียบการวัดแรงดันระหว่างเฟสทั้งสามคู่

เฟสที่หายไปหรือความไม่สมดุลอย่างมากอาจทำให้เกิดอาการที่ทำให้สับสน

ควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในระหว่างเหตุการณ์การชาร์จจริงด้วย หากทำได้จริงและได้รับอนุญาตตามขั้นตอนของสถานที่

แหล่งจ่ายไฟที่ดูเหมือนยอมรับได้เมื่อมีโหลดเพียงเล็กน้อย อาจทำงานแตกต่างออกไปเมื่อตัวเก็บประจุของลิงก์ DC เริ่มรับประจุ

สำหรับโรงงานที่ดูแลแพลตฟอร์ม VFD และไดรฟ์ AC หลายแพลตฟอร์ม การบันทึกพฤติกรรมการเริ่มทำงานตามปกติจะช่วยให้เปรียบเทียบในอนาคตได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

การวัดบัส DC ต้องใช้วินัยในการทำงานกับแรงดันสูง

บัส DC เป็นหนึ่งในจุดที่อันตรายที่สุดภายในไดรฟ์อุตสาหกรรม

ลิงก์นี้อาจมีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหลายร้อยโวลต์และกักเก็บพลังงานไว้ได้หลังตัดไฟขาเข้าแล้ว

หน้าจอที่ดับลงไม่ได้เป็นหลักฐานว่าลิงก์ DC คายประจุแล้ว

ต้องปฏิบัติตามระยะเวลาคายประจุและคำแนะนำด้านความปลอดภัยของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM)

ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนล็อกเอาต์และติดป้ายเตือนเมื่อเกี่ยวข้อง

ต้องตรวจยืนยันว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้า โดยใช้อุปกรณ์ที่มีพิกัดเหมาะสมและปฏิบัติตามแนวทางความปลอดภัยทางไฟฟ้าที่กำหนด

การวัดบัส DC ขณะมีไฟควรดำเนินการโดยบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรมและได้รับอนุญาตให้ทำงานดังกล่าวเท่านั้น

ช่างเทคนิคควรจำไว้ด้วยว่า ประเภทของมิเตอร์ พิกัดแรงดัน สายวัด และวิธีการวัด ล้วนมีความสำคัญเมื่อทำงานกับระดับพลังงานเช่นนี้

การตรวจสอบความต้านทานขณะไม่มีไฟช่วยบอกเบาะแสได้ แต่ไม่ใช่คำตอบสุดท้าย

หลังจากแยกไดรฟ์ออกจากระบบอย่างปลอดภัยและตรวจยืนยันว่าบัส DC คายประจุแล้ว การวัดความต้านทานอาจช่วยระบุการลัดวงจรที่เห็นได้ชัด

อย่างไรก็ตาม การอ่านค่าระหว่าง DC+ และ DC− จำเป็นต้องตีความ

ตัวเก็บประจุสามารถรับประจุจากมิเตอร์เอง ทำให้ค่าความต้านทานที่แสดงเปลี่ยนแปลง

เส้นทางภายในเซมิคอนดักเตอร์และวงจรเสริมก็อาจส่งผลต่อค่าที่อ่านได้เช่นกัน

ดังนั้น ค่าความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงจึงไม่ใช่การทดสอบตัวเก็บประจุแบบผ่านหรือไม่ผ่านที่ใช้ได้ในทุกกรณี

ควรให้ความสำคัญกับขั้นตอนการทดสอบชิ้นส่วนของผู้ผลิต OEM เมื่อจำเป็นต้องทดสอบสเตจกำลังโดยละเอียด

ช่างเทคนิคกำลังวินิจฉัยข้อขัดข้องของวงจรเรียงกระแสบัส DC และการสตาร์ตพรีชาร์จของ VFD อุตสาหกรรม

รูปที่ 3 การแก้ไขปัญหาไดรฟ์ควรเชื่อมโยงอาการที่สังเกตได้กับระบบย่อยของสเตจกำลังที่ถูกต้อง ก่อนเปลี่ยนชิ้นส่วน ภาพโดยได้รับอนุญาตจาก Adobe Stock

จังหวะเวลาของอาการมักเป็นตัวกรองวินิจฉัยที่เร็วที่สุด

กลยุทธ์การแก้ไขปัญหาเชิงปฏิบัติเริ่มจากการระบุให้แน่ชัดว่าความขัดข้องเกิดขึ้นเมื่อใด

การตัดวงจรทันทีเมื่อจ่ายพลังงาน ทำให้มีแนวโน้มมากขึ้นว่าจะเป็นข้อขัดข้องทางไฟฟ้าร้ายแรงที่ส่วนหน้าของวงจร

ไดรฟ์ที่เริ่มชาร์จแต่ไม่เคยเข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน ชี้ไปที่การสิ้นสุดขั้นตอนพรีชาร์จ การตรวจจับบัส หรือฟังก์ชันควบคุมที่เกี่ยวข้องมากกว่า

ข้อขัดข้องแรงดันต่ำระหว่างการชาร์จควรนำไปสู่การตรวจสอบทั้งแหล่งจ่ายไฟขาเข้าและเส้นทางการชาร์จภายใน

ไดรฟ์ที่มีแรงดันบัสเป็นปกติแล้วค่อยขัดข้องหลังได้รับคำสั่งเดินเครื่องเท่านั้น จะอยู่ในแขนงการแก้ไขปัญหาที่แตกต่างออกไป

เมื่อถึงจุดนั้น เอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ สายเคเบิลมอเตอร์ สภาพมอเตอร์ และพฤติกรรมของโหลดจะมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น

แนวทางที่อิงตามลำดับการทำงานนี้ช่วยป้องกันไม่ให้การตรวจสอบกระโดดไปมาระหว่างชิ้นส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องกันอย่างไร้ทิศทาง

ไม่กี่วินาทีแรกบอกเรื่องราวได้มาก

บัส DC คือแหล่งกักเก็บพลังงานที่อยู่ระหว่างวงจรเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์ของไดรฟ์

พฤติกรรมของไดรฟ์ระหว่างการสตาร์ตจึงคาดการณ์ได้ เพราะไดรฟ์ต้องทำลำดับทางไฟฟ้าที่กำหนดให้เสร็จก่อนจึงจะเริ่มควบคุมมอเตอร์ตามปกติได้

ไฟฟ้า AC ขาเข้าถูกเรียงกระแส

ชุดตัวเก็บประจุชาร์จผ่านเส้นทางที่ควบคุมไว้

แรงดันบัสเข้าใกล้ระดับแรงดันขณะทำงาน

ขั้นตอนพรีชาร์จเปลี่ยนเข้าสู่เส้นทางจ่ายกำลังปกติ

ระบบควบคุมยืนยันเงื่อนไขที่จำเป็นและอนุญาตให้ไดรฟ์เข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

เมื่อการสตาร์ตล้มเหลว การระบุว่าลำดับการทำงานนี้หยุดลงที่จุดใด มักมีประโยชน์มากกว่าการอ่านข้อความแจ้งข้อขัดข้องสุดท้ายเพียงอย่างเดียว

การลัดวงจรโดยตรง การพรีชาร์จไม่สมบูรณ์ ตัวเก็บประจุเสื่อม ปัญหาการตรวจจับแรงดันบัส และแรงดันตกฝั่งระบบไฟฟ้าของโรงงาน ล้วนสร้างรูปแบบที่แตกต่างกัน

การทำความเข้าใจรูปแบบเหล่านี้ช่วยเปลี่ยนการแก้ไขปัญหาบัส DC จากการเปลี่ยนชิ้นส่วนแบบลองผิดลองถูกให้เป็นการวินิจฉัยอย่างเป็นระบบ

สำหรับช่างเทคนิคที่ทำงานกับ VFD อุตสาหกรรมและระบบเซอร์โว ช่วงเวลาที่ให้ข้อมูลมากที่สุดจึงอาจเป็นช่วงเวลาที่สั้นที่สุด นั่นคือไม่กี่วินาทีแรกหลังจ่ายไฟ

เกี่ยวกับผู้เขียน

ฝ่ายบรรณาธิการ PLC Pro Tech | บทวิเคราะห์ไดรฟ์และระบบควบคุมการเคลื่อนที่

ทีมบรรณาธิการครอบคลุมเรื่องไดรฟ์ปรับความถี่ ระบบเซอร์โว อิเล็กทรอนิกส์กำลังอุตสาหกรรม การควบคุมด้วย PLC และกลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงปฏิบัติสำหรับงานผลิตและกระบวนการ

พื้นฐานบัส DC ในชุดขับมอเตอร์อุตสาหกรรม

บัส DC เป็นส่วนสำคัญของการเริ่มทำงานของ VFD และเซอร์โวไดรฟ์ การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเรียงกระแส การชาร์จตัวเก็บประจุ ลำดับการพรีชาร์จ และรูปแบบข้อผิดพลาดที่พบบ่อย จะช่วยให้ช่างเทคนิควิเคราะห์ปัญห...

เมื่อ VFD หรือเซอร์โวไดรฟ์ไม่ยอมเข้าสู่สถานะพร้อม ทำงานขัดข้องทันทีหลังจ่ายพลังงาน หรือเกิดข้อขัดข้องซ้ำ ๆ ระหว่างเริ่มต้นระบบ ความสนใจมักมุ่งไปที่มอเตอร์โดยตรง

อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี มอเตอร์ยังไม่ได้เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของปัญหา

ความขัดข้องอาจเริ่มก่อตัวขึ้นก่อนหน้านั้นมากในเส้นทางพลังงานของไดรฟ์

เรกติไฟเออร์ คาปาซิเตอร์ DC link และวงจรพรีชาร์จล้วนทำงานก่อนที่อินเวอร์เตอร์จะสามารถจ่ายพลังงานที่ควบคุมได้ให้กับมอเตอร์

การทำความเข้าใจลำดับการทำงานของส่วนหน้านี้ช่วยให้ตีความข้อขัดข้องขณะเริ่มต้นระบบได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

นอกจากนี้ยังช่วยให้ช่างเทคนิคหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนโมดูลไดรฟ์ราคาแพงโดยอาศัยเพียงรหัสข้อขัดข้อง

ส่วนหน้าของไดรฟ์มอเตอร์อุตสาหกรรม แสดงเรกติไฟเออร์ AC คาปาซิเตอร์บัส DC วงจรพรีชาร์จ และขั้นตอนอินเวอร์เตอร์

รูปที่ 1 ส่วนหน้าของไดรฟ์อุตสาหกรรมแบบย่อ แสดงการเรียงกระแส การกักเก็บพลังงานใน DC-link และขั้นตอนอินเวอร์เตอร์ ภาพเอื้อเฟื้อโดย Wake Industrial

บัส DC ทำหน้าที่อะไร

ไดรฟ์ AC แบบทั่วไปประกอบด้วยขั้นตอนหลักของการแปลงพลังงานหลายขั้นตอน

เรกติไฟเออร์ขาเข้าจะแปลงไฟ AC ขาเข้าเป็นไฟ DC

DC link ซึ่งมักเรียกว่าบัส DC จะกักเก็บและปรับให้พลังงานดังกล่าวราบเรียบโดยใช้ชุดคาปาซิเตอร์

จากนั้นอินเวอร์เตอร์จะสวิตช์แหล่งจ่าย DC ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อสร้างเอาต์พุตความถี่แปรผันและแรงดันแปรผันตามที่มอเตอร์ต้องการ

สำหรับไดรฟ์สามเฟสทั่วไป แรงดันบัส DC จะสูงกว่าแรงดัน RMS ระหว่างสายของไฟ AC ขาเข้าอย่างมาก

ระบบ 480 VAC โดยทั่วไปจะสร้างบัส DC ที่มีประจุอยู่ประมาณช่วง 650–680 VDC

ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงดันขาเข้า โทโพโลยีของไดรฟ์ โหลด และเงื่อนไขทางไฟฟ้าอื่น ๆ

ระดับแรงดันดังกล่าวเป็นเหตุผลหนึ่งที่ควรให้ความสำคัญกับ DC link เป็นพิเศษระหว่างการแก้ไขปัญหา

บัสจะกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก และยังคงเป็นอันตรายได้แม้ตัดไฟขาเข้าแล้ว

เหตุใดการจ่ายพลังงานให้ไดรฟ์จึงทำให้เกิดกระแสกระชาก

คาปาซิเตอร์ DC-link เริ่มต้นการทำงานในสภาวะคายประจุหรือคายประจุบางส่วน

ในช่วงขณะแรกที่จ่ายพลังงาน อุปกรณ์เหล่านี้จะมีอิมพีแดนซ์การชาร์จต่ำมาก

หากไม่มีการจำกัดกระแส เรกติไฟเออร์จะพยายามชาร์จชุดคาปาซิเตอร์ขนาดใหญ่แทบจะทันที

กระแสกระชากที่เกิดขึ้นอาจสูงกว่ากระแสขณะทำงานปกติหลายเท่า

อิมพีแดนซ์ของหม้อแปลง อิมพีแดนซ์ของสายป้อน การเดินสาย และส่วนประกอบต้นทางอื่น ๆ ช่วยจำกัดกระแสได้ในระดับหนึ่ง

โดยปกติแล้วอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้มีไว้เพื่อทำหน้าที่เป็นกลไกควบคุมกระแสกระชากหลักของไดรฟ์

กระแสชาร์จที่สูงเกินไปอาจสร้างภาระให้กับส่วนประกอบเรกติไฟเออร์ ฟิวส์ เบรกเกอร์ และอุปกรณ์สวิตช์

การสวิตช์กระแสสูงซ้ำ ๆ ยังอาจเร่งการสึกหรอของหน้าสัมผัสไฟฟ้าได้

นี่คือเหตุผลที่ไดรฟ์ขนาดใหญ่จำนวนมากใช้วงจรพรีชาร์จโดยเฉพาะ

พรีชาร์จจะควบคุมช่วงวินาทีแรกของการเริ่มทำงาน

แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังการพรีชาร์จนั้นเรียบง่าย

แทนที่จะเชื่อมต่อชุดตัวเก็บประจุที่คายประจุแล้วเข้ากับเส้นทางชาร์จเต็มโดยตรง ไดรฟ์จะกำหนดให้กระแสไหลผ่านตัวต้านทานหรือวงจรชาร์จแบบควบคุมอื่นในช่วงแรก

วิธีนี้จะจำกัดกระแสขณะที่แรงดันบัส DC เพิ่มขึ้น

ลำดับการพรีชาร์จของ VFD อุตสาหกรรม แสดงการชาร์จบัส DC ที่จำกัดด้วยตัวต้านทาน ตามด้วยการทำงานของคอนแทคเตอร์บายพาส

รูปที่ 2. ลำดับการพรีชาร์จทั่วไปจะจำกัดกระแสเริ่มต้นของตัวเก็บประจุก่อนสร้างเส้นทางจ่ายกำลังไฟฟ้าปกติ ภาพเอื้อเฟื้อโดย Wake Industrial

ในลำดับการทำงานปกติ แรงดันบัสควรเพิ่มขึ้นจนใกล้ระดับที่คาดหมายภายในเวลาที่การออกแบบไดรฟ์กำหนด

เมื่อแรงดันถึงเกณฑ์ที่กำหนด ไดรฟ์จำนวนมากจะบายพาสตัวต้านทานพรีชาร์จโดยใช้รีเลย์หรือคอนแทคเตอร์

ในอุปกรณ์บางรุ่น ช่างเทคนิคอาจได้ยินการเปลี่ยนผ่านนี้เป็นเสียงคลิก

การใช้งานจริงที่แน่นอนแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและตระกูลไดรฟ์

ไดรฟ์ขนาดเล็กบางรุ่นรวมฟังก์ชันเหล่านี้ไว้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แทนการใช้คอนแทคเตอร์ภายนอกที่เห็นได้ชัดเจน

หลักการยังคงคล้ายเดิม คือควบคุมการชาร์จตัวเก็บประจุก่อน จากนั้นจึงสร้างเส้นทางจ่ายกำลังไฟฟ้าสำหรับการทำงานปกติ

หากลำดับนี้ไม่เสร็จสมบูรณ์อย่างถูกต้อง ไดรฟ์อาจค้างอยู่ในสถานะกำลังชาร์จ รายงานแรงดันต่ำกว่าปกติ แจ้งหมดเวลาการพรีชาร์จ หรือเพียงปฏิเสธที่จะเข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

เหตุใดไดรฟ์ที่จัดเก็บไว้จึงควรได้รับความใส่ใจเป็นพิเศษ

ตัวเก็บประจุลิงก์ DC มักเป็นตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์

การไม่มีแรงดันไฟฟ้าเป็นเวลานานอาจส่งผลต่อสภาพไดอิเล็กทริกภายในของตัวเก็บประจุเหล่านี้

นี่คือเหตุผลที่ผู้ผลิตไดรฟ์รายใหญ่เผยแพร่ขั้นตอนการฟอร์มใหม่ของตัวเก็บประจุสำหรับอุปกรณ์ที่จัดเก็บเป็นเวลานาน

การฟอร์มใหม่จะค่อย ๆ คืนคุณลักษณะทางไฟฟ้าของตัวเก็บประจุก่อนการทำงานตามปกติ

วิธีการและระยะเวลาการจัดเก็บที่กำหนดขึ้นอยู่กับผู้ผลิตไดรฟ์และตระกูลผลิตภัณฑ์

ดังนั้น ช่างเทคนิคควรปฏิบัติตามขั้นตอนของ OEM ที่เกี่ยวข้อง แทนการใช้กฎการฟอร์มใหม่แบบทั่วไป

ข้อควรพิจารณานี้สำคัญเป็นพิเศษเมื่อนำไดรฟ์สำรองที่เก็บไว้นานหรืออุปกรณ์ล้าสมัยจากคลังสินค้ามาเริ่มใช้งาน

เรกติไฟเออร์คือประตูสู่บัส DC

โดยทั่วไป วงจรเรียงกระแสแบบไดโอดเป็นหนึ่งในขั้นสารกึ่งตัวนำหลักลำดับแรกที่ไฟขาเข้าต้องผ่าน

ไดโอดหรือบริดจ์เรกติไฟเออร์ที่ลัดวงจรอาจทำให้เกิดความขัดข้องรุนแรงที่ด้านอินพุต

อาการที่อาจพบได้คือฟิวส์หรือเบรกเกอร์ตัดการทำงานทันทีเมื่อจ่ายไฟให้ไดรฟ์

อย่างไรก็ตาม อาการดังกล่าวไม่ได้เกิดจากวงจรเรียงกระแสเพียงอย่างเดียว

ส่วนประกอบของลิงก์ DC ที่ลัดวงจร อุปกรณ์ป้องกันแรงดันกระชาก หรือความขัดข้องอื่น ๆ ของสารกึ่งตัวนำกำลัง อาจทำให้เกิดอาการคล้ายกันได้

เส้นทางวงจรเรียงกระแสที่ขาดอาจทำให้เกิดรูปแบบอาการที่แตกต่างออกไป

ไดรฟ์อาจยังแสดงสัญญาณว่ามีไฟเลี้ยงวงจรควบคุม ขณะที่บัส DC ไม่สามารถเพิ่มถึงหรือรักษาระดับปกติไว้ได้

การเรียงกระแสที่ผิดปกติยังอาจเพิ่มริปเปิลของบัสและความร้อนสะสมในชิ้นส่วน

ด้วยเหตุนี้ ควรถือว่าการทริปของอินพุตทันทีเป็นหลักฐานของปัญหาร้ายแรงในส่วนกำลัง มากกว่าจะสรุปว่าอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งขัดข้องโดยเฉพาะ

ตัวเก็บประจุลิงก์ DC ขัดข้องแตกต่างกันไปตามอายุการใช้งาน

ความขัดข้องของตัวเก็บประจุไม่ได้หมายความว่าจะต้องเกิดการแตกหรือระเบิดอย่างรุนแรงเสมอไป

ความขัดข้องภายในอย่างรุนแรงอาจทำให้ลิงก์ DC ลัดวงจรในทางปฏิบัติ และทำให้อุปกรณ์ป้องกันทำงานทันที

การเสื่อมสภาพอย่างค่อยเป็นค่อยไปจะสังเกตได้ยากกว่า

ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อาจสูญเสียค่าความจุที่ใช้งานได้และมีความต้านทานอนุกรมสมมูลสูงขึ้นเมื่ออายุการใช้งานมากขึ้น

ไดรฟ์อาจยังทำงานต่อไปได้ ขณะที่ประสิทธิภาพการกักเก็บพลังงานค่อย ๆ แย่ลง

อาการอาจรวมถึงริปเปิลของบัสเพิ่มขึ้น ความเสถียรภายใต้โหลดลดลง เหตุการณ์แรงดันต่ำกว่าปกติเป็นระยะ หรือพฤติกรรมการชาร์จผิดปกติ

อุณหภูมิ ชั่วโมงการทำงาน และความเค้นทางไฟฟ้าล้วนส่งผลต่ออายุการใช้งานของตัวเก็บประจุ

การเก็บรักษาเป็นเวลานานทำให้เกิดข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่ง และไม่ควรถือว่าเป็นการสึกหรอจากการทำงานตามปกติโดยอัตโนมัติ

วงจรพรีชาร์จอาจขัดข้องได้ แม้ว่าส่วนกำลังหลักจะยังสมบูรณ์

ไดรฟ์อาจมีวงจรเรียงกระแสและชุดตัวเก็บประจุที่ยังดีอยู่ แต่ยังคงขัดข้องขณะเริ่มต้น เนื่องจากลำดับการชาร์จไม่สามารถเสร็จสมบูรณ์ได้

ตัวต้านทานพรีชาร์จที่ขาดอาจขัดจังหวะเส้นทางการชาร์จแบบควบคุม

รีเลย์บายพาสหรือคอนแทคเตอร์ที่เสียหายอาจทำให้บัสชาร์จได้ แต่ป้องกันไม่ให้ไดรฟ์เปลี่ยนเข้าสู่การทำงานตามปกติ

วงจรไดรฟ์ที่ควบคุมอุปกรณ์ดังกล่าวก็อาจขัดข้องได้เช่นกัน

การตรวจจับแรงดันบัสเพิ่มจุดที่อาจเกิดความขัดข้องได้อีกจุดหนึ่ง

หากบัสจริงมีแรงดันถึงระดับที่กำหนด แต่ระบบควบคุมตรวจจับได้ไม่ถูกต้อง ไดรฟ์อาจทำงานเสมือนว่าการชาร์จยังไม่เสร็จสิ้น

ความแตกต่างนี้มีประโยชน์ระหว่างการแก้ไขปัญหา

บัส DC ต่ำกับการรายงานค่าบัส DC ไม่ถูกต้องเป็นปัญหาคนละอย่าง แม้ว่าความขัดข้องขณะเริ่มต้นที่เกิดขึ้นจะดูคล้ายกัน

ทริปทันทีเมื่อเปิดเครื่องชี้ไปที่ความขัดข้องรุนแรงในส่วนหน้าของวงจร

ช่วงเวลาที่เกิดความขัดข้องเป็นเบาะแสในการวินิจฉัยที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง

หากฟิวส์ขาเข้าขาดเกือบจะทันทีที่จ่ายไฟ แสดงว่ายังมีเวลาไม่เพียงพอให้ไดรฟ์เริ่มทำงานตามปกติ

ดังนั้นควรตรวจสอบส่วนกำลังขาเข้าและลิงก์ DC เป็นอันดับแรก

สาเหตุที่เป็นไปได้ ได้แก่ วงจรเรียงกระแสลัดวงจร ตัวเก็บประจุลิงก์ DC ลัดวงจร อุปกรณ์ระงับแรงดันขัดข้อง หรือเกิดการลัดวงจรอื่นภายในส่วนกำลังของไดรฟ์

อินเวอร์เตอร์ด้านปลายทางที่ขัดข้องอาจส่งผลต่อบัส DC ในการออกแบบบางประเภทได้เช่นกัน

ประเด็นสำคัญคือจังหวะเวลา

การตัดการทำงานทันทีบ่งชี้หมวดหมู่ความขัดข้องที่แตกต่างจากไดรฟ์ที่ชาร์จตามปกติและขัดข้องเฉพาะหลังได้รับคำสั่งให้ทำงาน

ไดรฟ์ที่ค้างอยู่ในโหมดพรีชาร์จบอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป

อาการทั่วไปอีกอย่างคือไดรฟ์ที่จ่ายไฟให้จอแสดงผลหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมได้ แต่ไม่เข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

อาการนี้มักชี้ไปที่ลำดับการชาร์จ มากกว่าจะเป็นการลัดวงจรแบบรุนแรงที่เกิดขึ้นทันที

หากแรงดันบัสเพิ่มขึ้นเพียงบางส่วน ช่างเทคนิคอาจต้องพิจารณาเส้นทางพรีชาร์จ การรั่วไหลของลิงก์ DC ที่มากเกินไป หรือโหลดผิดปกติบนบัส

หากบัสเข้าใกล้แรงดันที่คาดหมาย แต่ไดรฟ์ไม่เปลี่ยนจากโหมดชาร์จเสียที จุดที่ควรตรวจสอบอาจเปลี่ยนไปเป็นอุปกรณ์บายพาส วงจรควบคุมของอุปกรณ์นั้น หรือระบบตรวจจับแรงดัน

ความแตกต่างเหล่านี้มีประโยชน์มากกว่าการเปลี่ยนชิ้นส่วนโดยอาศัยเพียงความขัดข้องทั่วไปขณะเริ่มต้นระบบ

แรงดันต่ำของบัสขณะเริ่มต้นระบบอาจเกิดจากภายนอกไดรฟ์

ไม่ใช่ทุกความขัดข้องแรงดันต่ำของบัส DC ที่หมายความว่าไดรฟ์เสียเอง

ควรประเมินแหล่งจ่ายขาเข้าก่อนตัดสินว่าไดรฟ์เสีย

เฟสที่หายไป ความไม่สมดุลของเฟสอย่างมาก หรือแหล่งจ่ายที่อ่อน อาจรบกวนการชาร์จบัส DC ตามปกติ

สายป้อนระยะยาวและโครงสร้างพื้นฐานต้นทางที่มีขนาดเล็กเกินไปก็อาจทำให้เกิดแรงดันตกในระหว่างการชาร์จได้

ระบบที่จ่ายไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรได้รับการตรวจสอบเป็นพิเศษ เพราะอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายและการตอบสนองต่อสัญญาณชั่วขณะอาจแตกต่างจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าสาธารณะที่มีความแข็งแรงอย่างมาก

หากแรงดันสายยุบตัวขณะที่ตัวเก็บประจุกำลังชาร์จ ไดรฟ์อาจรายงานภาวะแรงดันต่ำได้อย่างถูกต้อง แม้ว่าสเตจจ่ายกำลังภายในจะยังทำงานเป็นปกติ

นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ช่างเทคนิคไดรฟ์ผู้มีประสบการณ์จะเปรียบเทียบแรงดันขาเข้าสายระหว่างเฟสทั้งสามค่าก่อนสรุปจากความขัดข้องของบัส DC

แรงดันเกินขณะเริ่มต้นระบบพบได้น้อยกว่าแต่ก็เป็นไปได้

โดยทั่วไปแรงดันเกินมักเกี่ยวข้องกับการรีเจนเนอเรชันของมอเตอร์ระหว่างการลดความเร็ว

อย่างไรก็ตาม อาจเกิดภาวะแรงดันเกินขณะเริ่มต้นระบบได้

แรงดันไฟฟ้าสายขาเข้าสูงเป็นความเป็นไปได้ที่เห็นได้ชัด

สถาปัตยกรรมบัส DC ร่วมเพิ่มตัวแปรอีกประการหนึ่ง เนื่องจากอินเวอร์เตอร์หรือส่วนจ่ายไฟหลายตัวอาจมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านลิงก์ร่วม

ฟรอนต์เอนด์แบบรีเจนเนอเรทีฟและระบบหลายแกนอาจทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าสายกับแรงดันบัสของอินเวอร์เตอร์เฉพาะจุดมีความซับซ้อนมากขึ้น

การแก้ไขปัญหาระบบเหล่านี้จำเป็นต้องเข้าใจสถาปัตยกรรมบัส DC ทั้งหมด แทนที่จะประเมินไดรฟ์เพียงตัวเดียวโดยแยกจากส่วนอื่น

เรื่องนี้เกี่ยวข้องเป็นพิเศษกับระบบไดรฟ์และการควบคุมการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ ซึ่งหลายแกนอาจใช้โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานร่วมกัน

เส้นโค้งการชาร์จอาจเปิดเผยสิ่งที่รหัสข้อผิดพลาดไม่สามารถบอกได้

รหัสข้อผิดพลาดช่วยชี้แนวทางได้ แต่พฤติกรรมของบัสระหว่างการเริ่มทำงานก็ให้บริบทเพิ่มเติมได้

โดยปกติระบบที่ทำงานปกติควรทำให้แรงดันเพิ่มขึ้นอย่างเป็นลำดับจนเข้าใกล้แรงดันบัสที่ออกแบบไว้

การยุบตัวลงทันทีบ่งชี้ปัญหาที่แตกต่างจากการชาร์จที่ช้าและไม่สมบูรณ์

บัสที่มีแรงดันขึ้นถึงประมาณค่าปกติ แต่ไม่เคยเข้าสู่สถานะพร้อมใช้งาน บ่งชี้ถึงปัญหาอีกประเภทหนึ่ง

นี่คือเหตุผลที่ช่างเทคนิคมักคิดในแง่ของลำดับเหตุการณ์ มากกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าที่แยกพิจารณา

ไดรฟ์ตัดการทำงานทันทีหรือไม่

บัส DC เริ่มชาร์จหรือไม่

ค่าดังกล่าวเข้าสู่ช่วงที่คาดไว้หรือไม่

ขั้นตอนพรีชาร์จเปลี่ยนสถานะหรือไม่

ความขัดข้องเกิดขึ้นก่อนหรือหลังคำสั่งเดินเครื่อง

คำถามเหล่านี้ช่วยลดจำนวนระบบย่อยที่มีแนวโน้มเป็นสาเหตุลงทีละขั้น

วัดแหล่งจ่ายไฟ AC ก่อนตัดสินว่าไดรฟ์เสีย

ข้อผิดพลาดในการแก้ไขปัญหาที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งคือการสมมติว่าไฟฟ้าสามเฟสถูกต้องเพียงเพราะมีแรงดันไฟฟ้า

ควรเปรียบเทียบการวัดแรงดันระหว่างเฟสทั้งสามคู่

เฟสที่หายไปหรือความไม่สมดุลอย่างมากอาจทำให้เกิดอาการที่ทำให้สับสน

ควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าขาเข้าในระหว่างเหตุการณ์การชาร์จจริงด้วย หากทำได้จริงและได้รับอนุญาตตามขั้นตอนของสถานที่

แหล่งจ่ายไฟที่ดูเหมือนยอมรับได้เมื่อมีโหลดเพียงเล็กน้อย อาจทำงานแตกต่างออกไปเมื่อตัวเก็บประจุของลิงก์ DC เริ่มรับประจุ

สำหรับโรงงานที่ดูแลแพลตฟอร์ม VFD และไดรฟ์ AC หลายแพลตฟอร์ม การบันทึกพฤติกรรมการเริ่มทำงานตามปกติจะช่วยให้เปรียบเทียบในอนาคตได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

การวัดบัส DC ต้องใช้วินัยในการทำงานกับแรงดันสูง

บัส DC เป็นหนึ่งในจุดที่อันตรายที่สุดภายในไดรฟ์อุตสาหกรรม

ลิงก์นี้อาจมีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหลายร้อยโวลต์และกักเก็บพลังงานไว้ได้หลังตัดไฟขาเข้าแล้ว

หน้าจอที่ดับลงไม่ได้เป็นหลักฐานว่าลิงก์ DC คายประจุแล้ว

ต้องปฏิบัติตามระยะเวลาคายประจุและคำแนะนำด้านความปลอดภัยของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM)

ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนล็อกเอาต์และติดป้ายเตือนเมื่อเกี่ยวข้อง

ต้องตรวจยืนยันว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้า โดยใช้อุปกรณ์ที่มีพิกัดเหมาะสมและปฏิบัติตามแนวทางความปลอดภัยทางไฟฟ้าที่กำหนด

การวัดบัส DC ขณะมีไฟควรดำเนินการโดยบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรมและได้รับอนุญาตให้ทำงานดังกล่าวเท่านั้น

ช่างเทคนิคควรจำไว้ด้วยว่า ประเภทของมิเตอร์ พิกัดแรงดัน สายวัด และวิธีการวัด ล้วนมีความสำคัญเมื่อทำงานกับระดับพลังงานเช่นนี้

การตรวจสอบความต้านทานขณะไม่มีไฟช่วยบอกเบาะแสได้ แต่ไม่ใช่คำตอบสุดท้าย

หลังจากแยกไดรฟ์ออกจากระบบอย่างปลอดภัยและตรวจยืนยันว่าบัส DC คายประจุแล้ว การวัดความต้านทานอาจช่วยระบุการลัดวงจรที่เห็นได้ชัด

อย่างไรก็ตาม การอ่านค่าระหว่าง DC+ และ DC− จำเป็นต้องตีความ

ตัวเก็บประจุสามารถรับประจุจากมิเตอร์เอง ทำให้ค่าความต้านทานที่แสดงเปลี่ยนแปลง

เส้นทางภายในเซมิคอนดักเตอร์และวงจรเสริมก็อาจส่งผลต่อค่าที่อ่านได้เช่นกัน

ดังนั้น ค่าความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงจึงไม่ใช่การทดสอบตัวเก็บประจุแบบผ่านหรือไม่ผ่านที่ใช้ได้ในทุกกรณี

ควรให้ความสำคัญกับขั้นตอนการทดสอบชิ้นส่วนของผู้ผลิต OEM เมื่อจำเป็นต้องทดสอบสเตจกำลังโดยละเอียด

ช่างเทคนิคกำลังวินิจฉัยข้อขัดข้องของวงจรเรียงกระแสบัส DC และการสตาร์ตพรีชาร์จของ VFD อุตสาหกรรม

รูปที่ 3 การแก้ไขปัญหาไดรฟ์ควรเชื่อมโยงอาการที่สังเกตได้กับระบบย่อยของสเตจกำลังที่ถูกต้อง ก่อนเปลี่ยนชิ้นส่วน ภาพโดยได้รับอนุญาตจาก Adobe Stock

จังหวะเวลาของอาการมักเป็นตัวกรองวินิจฉัยที่เร็วที่สุด

กลยุทธ์การแก้ไขปัญหาเชิงปฏิบัติเริ่มจากการระบุให้แน่ชัดว่าความขัดข้องเกิดขึ้นเมื่อใด

การตัดวงจรทันทีเมื่อจ่ายพลังงาน ทำให้มีแนวโน้มมากขึ้นว่าจะเป็นข้อขัดข้องทางไฟฟ้าร้ายแรงที่ส่วนหน้าของวงจร

ไดรฟ์ที่เริ่มชาร์จแต่ไม่เคยเข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน ชี้ไปที่การสิ้นสุดขั้นตอนพรีชาร์จ การตรวจจับบัส หรือฟังก์ชันควบคุมที่เกี่ยวข้องมากกว่า

ข้อขัดข้องแรงดันต่ำระหว่างการชาร์จควรนำไปสู่การตรวจสอบทั้งแหล่งจ่ายไฟขาเข้าและเส้นทางการชาร์จภายใน

ไดรฟ์ที่มีแรงดันบัสเป็นปกติแล้วค่อยขัดข้องหลังได้รับคำสั่งเดินเครื่องเท่านั้น จะอยู่ในแขนงการแก้ไขปัญหาที่แตกต่างออกไป

เมื่อถึงจุดนั้น เอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ สายเคเบิลมอเตอร์ สภาพมอเตอร์ และพฤติกรรมของโหลดจะมีความเกี่ยวข้องมากขึ้น

แนวทางที่อิงตามลำดับการทำงานนี้ช่วยป้องกันไม่ให้การตรวจสอบกระโดดไปมาระหว่างชิ้นส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องกันอย่างไร้ทิศทาง

ไม่กี่วินาทีแรกบอกเรื่องราวได้มาก

บัส DC คือแหล่งกักเก็บพลังงานที่อยู่ระหว่างวงจรเรียงกระแสและอินเวอร์เตอร์ของไดรฟ์

พฤติกรรมของไดรฟ์ระหว่างการสตาร์ตจึงคาดการณ์ได้ เพราะไดรฟ์ต้องทำลำดับทางไฟฟ้าที่กำหนดให้เสร็จก่อนจึงจะเริ่มควบคุมมอเตอร์ตามปกติได้

ไฟฟ้า AC ขาเข้าถูกเรียงกระแส

ชุดตัวเก็บประจุชาร์จผ่านเส้นทางที่ควบคุมไว้

แรงดันบัสเข้าใกล้ระดับแรงดันขณะทำงาน

ขั้นตอนพรีชาร์จเปลี่ยนเข้าสู่เส้นทางจ่ายกำลังปกติ

ระบบควบคุมยืนยันเงื่อนไขที่จำเป็นและอนุญาตให้ไดรฟ์เข้าสู่สถานะพร้อมทำงาน

เมื่อการสตาร์ตล้มเหลว การระบุว่าลำดับการทำงานนี้หยุดลงที่จุดใด มักมีประโยชน์มากกว่าการอ่านข้อความแจ้งข้อขัดข้องสุดท้ายเพียงอย่างเดียว

การลัดวงจรโดยตรง การพรีชาร์จไม่สมบูรณ์ ตัวเก็บประจุเสื่อม ปัญหาการตรวจจับแรงดันบัส และแรงดันตกฝั่งระบบไฟฟ้าของโรงงาน ล้วนสร้างรูปแบบที่แตกต่างกัน

การทำความเข้าใจรูปแบบเหล่านี้ช่วยเปลี่ยนการแก้ไขปัญหาบัส DC จากการเปลี่ยนชิ้นส่วนแบบลองผิดลองถูกให้เป็นการวินิจฉัยอย่างเป็นระบบ

สำหรับช่างเทคนิคที่ทำงานกับ VFD อุตสาหกรรมและระบบเซอร์โว ช่วงเวลาที่ให้ข้อมูลมากที่สุดจึงอาจเป็นช่วงเวลาที่สั้นที่สุด นั่นคือไม่กี่วินาทีแรกหลังจ่ายไฟ

เกี่ยวกับผู้เขียน

ฝ่ายบรรณาธิการ PLC Pro Tech | บทวิเคราะห์ไดรฟ์และระบบควบคุมการเคลื่อนที่

ทีมบรรณาธิการครอบคลุมเรื่องไดรฟ์ปรับความถี่ ระบบเซอร์โว อิเล็กทรอนิกส์กำลังอุตสาหกรรม การควบคุมด้วย PLC และกลยุทธ์การบำรุงรักษาเชิงปฏิบัติสำหรับงานผลิตและกระบวนการ

แสดงความคิดเห็น

โปรดทราบว่าความคิดเห็นจะต้องได้รับการอนุมัติก่อนที่จะได้รับการเผยแพร่