工业水洗机中的变频器常见非硬件故障及对策

2019-10-21 15:13

1 引言

  最初的工业水洗机都是采用双速电机、三速电机乃至两个双速电机作为驱动力,通过皮带将动能传递给滚筒,滚筒在转动过程中,带动并搅拌布草(被洗涤织物的总称,下文均同)与洗涤溶液,达到洗净布草的目的。不同洗涤能力的工业水洗机,采用不同直径的电机带轮和滚筒带轮以产生近似的转速比,使滚筒获得较低的洗涤速度和较大的力矩。其机械结构如图1所示。

  但采用双速电机的缺点很多,转速固定,无法满足不同布草需要不同洗涤和脱水速度的需求、电机最大速度受极数限制、脱水时的高转速和大转矩无法同时满足,致使布草的脱水率较低。此外还有启动电流大、浪费电能、停机时需要机械刹车、机械噪声大且容易发生故障等不足之处。

  随着变频技术的成熟,变频器开始在工业水洗机上广泛应用。应用变频器之后,电机的速度可以自由地调节,还可使用通讯获取变频器的输出频率并转换为转速实时地显示出来,对不同的布草可以方便地设定所需的洗涤和脱水速度,能够很好地兼顾高转速和大转矩两个方面。变频器可完全取代双速或多速电机,这已经成为必然的趋势。

2 工业水洗机的负载特性

  水洗机的负载是一个不断变化的负载。布草和洗涤液开始时在滚筒中处于静止状态,洗涤时,电机要拖动它在短时间内达到设定的洗涤速度,滚筒内的提升筋将布草提升到洗涤液面的某一高度,当布草的离心力垂直向上的分量小于布草的重力时,布草便跌落到洗涤液中,起到揉搓作用。为了加强揉搓的作用,滚筒总是正转一段时间后,停下来再反转,这样布草的洗净度更高。洗涤完毕后,通过一个比洗涤速度略高的均布动作将布草均匀分布在滚筒中,避免因布草分布不均匀致使布草严重偏心,在高速脱水时引起机器的剧烈振动,损坏机器。均布完毕后即进入脱水阶段,为了减小机器的振动,一般都会设置高速脱水频率的一半即中脱频率来过渡,使机器稳定一段时间以后再继续加速到高脱频率。对于变频器来说,洗涤和均布过程,都是恒转矩输出的过程,而中脱和高脱过程,则是恒功率输出过程。

  洗涤时变频器的频率决定于滚筒直径和传送比。要获得最大揉搓作用,就要用适当的转速将布草带到最高处然后落下,如果速度太慢,布草可能在较低的位置就已经落下,揉搓作用较小;如果转速太快,则由于离心力大于布草重力,布草无法落下,起不到揉搓作用。滚筒转速与直径的关系已知为:

  同样对于xgq-30f,取重力加速度g=9.8m/s2,可计算出f2193.1hz,于是变频器的高脱水频率取194hz,变频器的运行过程如图2所示。时间t1表示洗涤时的加速时间,因与减速时间通常一致,因此没有单独标出,而t2表示脱水加速时间,t3表示脱水完毕的减速时间。为获得较强揉搓作用,洗涤时间t1通常设置得较短,这样滚筒转速就可以在短时间内达到设定值。而脱水的加/减速时间则设置得比较长,避免出现过电流或过电压故障。

3 工业水洗机的常见故障分析

  国内的工业水洗机多使用lg公司的is5系列洗涤机械专用变频器,因此后文涉及到的接线图或参数都是按照is5的手册给出。其接线图如图3所示。

  水洗机上的变频器容易出现故障,一是因为变频器的负载变化较大、频率范围宽、振动大。不同重量的布草、不同的高度的洗涤液位以及滚筒转动时布草的跌落等,都会引起负载力矩的大范围变化。二是水洗机的使用环境通常都比较恶劣。国内的洗衣房相当一部分位于地下,湿度和灰尘大,并且由于敷设大量的蒸汽管道,夏天时的环境温度非常高。因此导致了变频器容易出现三大故障:过热故障、过电流故障、过电压故障,统计表明,这三类故障约占变频器总故障率的80%。

  过热故障发生的原因是,安装在散热片上的温度开关,检测到散热片的温度超过了安全的温度值,于是温度开关断开,变频器控制回路检测到后,停止主回路输出,并给出过热提示。这个故障多发生于夏天,夏天时温度很高,而洗衣房中布草所产生的毛绒经常堵塞散热片的鳍片或加强空气流通的风扇进风口,引起散热不良,热量累积使散热片温度过高,造成过热故障。最好的办法就是对变频器的散热片、散热风扇定期除尘,在夏天时可借助其它通风设备加强散热。这个看似简单的故障,却是三大故障之首,也许是用户对此不够了解或者不够重视的缘故。

  过电流故障发生的原因是,通过互感器检测到变频器输出到电机的电流超过变频器额定电流的两倍,并持续10s,则变频器停止主回路输出,给出过电流提示。对水洗机来说,一个运行周期约50min,洗涤所占的时间约为40nin,因此过电流一般发生在洗涤时,出现原因都是转矩补偿不恰当引起的。转矩补偿在低频时,为补偿电动机定子绕组电阻引起的电压降,采用保证=常数的方法。无论转矩设置过大或过小,都可能出现过电流故障。补偿过大,电机定子会因磁饱和出现大电流;补偿过小,电机又会因输出力矩不足而出现大电流。转矩补偿量设置值过大还是过小比较容易判别。在不放布草时,用手转动滚筒可以先排除机械方面的问题,然后进行洗涤,如果此时出现过电流,就可能是过补偿引起的。将fu1-26(转矩补偿方式)改为手动补偿,并将fu1-27/28(正/反转转矩补偿量)从默认的2%减小为1%,再次洗涤运行,如果电流减小,即确认为转矩过补偿,可进一步减小补偿量或减小输出电压值来减小运行电流。如果在放了布草和一定高度的液位运行时出现过电流,可以尝试fu1-27/28(正/反转转矩补偿量)增大为3%,也可以降低液位或减轻布草重量,再次洗涤运行,如果电流减小即确认为转矩欠补偿。要通过多次更改补偿量,然后运行来找到最小电流点。根据经验,在调试中,滚筒中装洗涤总重量的60%的布草,洗涤液位加为中水位时,调试转矩补偿量,使变频器运行电流小于额定电流的80%,这样变频器就不容易出现过电流故障。对于用户来说,由于轴承的磨损或者润滑脂的干涸等,也可能引起负载变化,此时也需要调整转矩补偿量来解决。

  过电压故障发生的原因是,并联在变频器直流母线上的电容器上的电压超过了安全值一段时间后出现。这个故障如果发生在运行过程中,有可能是电源输入电压过高或电网中有瞬间过电压,这个可以确认电源电压后,重新启动变频器即可。如果是减速过程中出现,有以下的四种可能,需要一一判断:

  (1) 减速时间太短

  可以将减速时间延长来试验。

  (2) 大于3.7kw的变频器,fu2-75未选择external db-r

  大于3.7kw的lg变频器都是使用外接制动电阻的,因此使用时要选择这个参数使外接制动电阻有效。

  (3) 制动电阻及接线异常

  用于消耗能量的电阻损坏或接线不正常,能量无法释放,也会出现过电压故障。断电后从变频器或制动单元输出端子上测量,确认电阻及接线是否正常。

  (4) 制动单元损坏

  制动单元无法及时打开引起过电压故障,可用替换法确认。

4 结束语

  如今,变频器在洗涤行业中越来越广泛地使用,不同品牌的变频器正迅速地进入到洗涤行业,水洗机变频器上出现的故障种类也越来越多,笔者认为,除了洗涤设备生产厂家的技术人员要考虑更多的措施来减少故障外,变频器厂家的技术人员也应该更多地了解洗涤机械的工艺过程、负载特性以及设备的使用环境,生产出更适合洗涤机械的变频器,减少故障的发生。

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