论文部分内容阅读
摘要：本文将分别从绝缘故障、直流母线故障、脉冲故障、变频器过流故障以及变频器过载故障等的故障状况加以介绍，并且分别指出其故障排查与处理方式，以期为有关部门能够有效维修轮胎式集装箱龙门起重机变频器提供可靠参考。
关键词：轮胎式集装箱;龙门起重机;变频器;维修;故障
引言：在某地集装箱堆场当中，重点应用了轮胎式集装箱龙门起重机，此类起重机在搬运与装卸等工作中发挥了关键作用。需要注意的是，这部分起重机所装载电控系统有着较为复杂的技术，以及较高的维护成本，倘若发生故障导致停机，将对装卸作业整体产生不良影响。因此，对这些故障进行研究是极为重要的。
1绝缘故障
1.1故障状况
某码头所用的一台轮胎式集装箱龙门起重机小车机构于轨道当中工作约3m后停机、中止运行，导致其打车机构和起升机构均无法运行，然而其PLC与变频器均未显示故障[1]。
1.2故障排查和处理
此轮胎式集装箱龙门起重机所有机构变频器都停止了驱动动作，然而其显示处于正常供电状况，同时其控制电源与直流母线的电压也都显示正常。将2个打车机构、起升以及小车机构变频器打开，发现这些变频器当中全部触发板以及电源板所用DC/DC变换器相应高压滤波电容与电解虽然没发生炸裂，但是均存在爆浆，其中一部分甚至发生了鼓包。此外，母线滤波的电容与电解均处于正常状态。
将变换器当中高压滤波的电容与电解更换，对线路板进行清洗后通电进行试车。在此阶段，大车与起升机构能够正常动作，在数秒钟之后，先前故障再次出现。用万用表测量在电容两端并联的电阻，所测最高的电压仅为710V，因此可以判断小车机构引发了故障。母线会向线路板提供直流电压，通过分析电容与电解发生的爆浆问题，可知小车的电动机在工作阶段其直流母线的电压发生了波动。对变频器阻容的吸收装置进行检查，检查结果显示正常。对IGBT内反并整流管进行检查，发现也没有问题。在检查的最后阶段，发现轮胎式集装箱龙门起重机小车机构电动机的绝缘较差稍差。
维修该小车的电动机，随后重新检修所有的线路板，并发现故障最终全部消除。
绝缘故障的起因通常都不容易进行判断。由于检查过程中发生鼓包以及电容与电解发生爆浆现象，此故障的主要原因可能为过热，此原因同时是因为母线的电压直流出现变化，增加了波纹系数。
在一般状况下，对于轮胎式集装箱龙门起重机或者发电机而言，接地线都极为重要，然而如果电动机的绝缘性逐渐降低，则会在绕组当中调制波经由接地线的时候，其电解液将瞬间受到大电流的影响，会发生热胀冷缩、继而汽化、沸腾等现象，进而引发爆降。
2直流母线故障
2.1故障状况
该码头轮胎式集装箱龙门起重机所采用的变频器可以经由控制对控制目标进行反馈，也就是通过对轮胎式集装箱龙门起重机的驱动电动机转速加以控制，可以实现高精度控制轮胎式集装箱龙门起重机的各个机构。某次工作阶段，轮胎式集装箱龙门起重机大车机构中止运行，其控制电源持续闪烁，其1号变频器当中所显示的故障代码为“dcf”。
2.2故障排查和处理
发生故障时，对应代码“dcf”即直流回路的熔断器被断开，因此可采用以下方式进行检查：①对变频器的外部硬件进行判断，确定其损坏与否。将变频器接线和外围电动机间接线断开，同时借助万用表测量变频器的外围线路，测量后确认电动机未损坏，此线路并未出现短路等故障。
②檢测变频器的内部，并且对熔断器进行检查，判断其是否存在损坏现象。此外还应对变频器驱动板当中熔体进行测量，确认其熔断与否。在检查过程中发现，熔断器受损，因此判断其IGBT模块极有可能被击穿。众所周知，所有IGBT的元件中均会集成续流二极管，借助万用表对此二极管单向的导通性能加以测量，便能对此元件的好坏加以判断[2]。
③把万用表调至欧姆档，测量续流二极管的电极阻值。将表红色表笔接到P+极，将黑表笔对二极管一端W、U与V相逐个连接。随后把黑色表笔接到N-极，将红表笔对二极管一端W、U与V相逐个连接。在测量过程中，发现P+极与N-极与W相连接时，其阻值均约为0，比参考范围5-20Ω低很多，由此便可判断此二极管应该被严重击穿。后续物理证明的确是此原因。
因此，需要对驱动板和IGBT元件进行更换，随后重新进行调试，最终发现大车机构出现故障的变频器不再显示错误代码，并能够正常工作。
3脉冲故障
3.1故障状况
该码头某台轮胎式集装箱龙门起重机运行期间，其大车机构发生了严重的抖动，很难纠偏。起重机大车机构主要是经由2台转速不同电动机进行纠偏。大车工作距离及电动机转速决定其纠偏量，即转速越快、工作距离远，其纠偏量将变大。出现故障时，此轮胎式集装箱龙门起重机大车机构依然可以正常工作，其变频器显示的故障信号为PG。
3.2故障排查和处理
此故障即脉冲编码器发生的故障。发生故障后，结合故障信号可以初步判断变频器中脉冲编码器卡未受到编码器所发信号而引发故障。
对比源于编码器等用于检测速度的传感器所发出速度指令和速度信号，对变频器输出的频率加以控制，从而确保速度的检测值和相应质量保持一致。当前编码器发生故障，需要对其进行连接的配线进行检查，发现其并没有断开连接，可是此部分的连接较为松动。拧紧螺栓后调试，PG字样消失，然而大车依然存在不能纠偏的故障。
对操作手柄和编码器进行重新检查，便发现编码器自身输入点存在明显异常，便可将电源、零位等故障排除。随后检查操作手柄两侧进档编码器的输入模块，发现大车右偏移与左偏移满档的时候，模块信号的点数并不相同。
尽管编码器零位的指示灯发光，然而其旋转的角度具备裕量。此时对手柄编码器位置进行调整，便可使两端点数相同。在试车阶段，发现大车能够顺利纠偏，说明故障已经被排除。 4变频器过流故障
4.1故障状况
变频器过流具备瞬间记忆的能力，且不可进行人为的设定，其几倍会被用到逆变器负载一侧的短路当中，而流经逆变器的电流，在其达到额定电流的2.7-3倍范围内，会瞬时将逆变器停止、将电源切断。当变流器输出的电流发生异常，同样也会使逆变器停止。
4.2故障排查和处理
需要确定的要素包括：加速的时间足够与否;提升力矩的参数大小是否合适;负载的外部过重与否、短路与否。例如拖动小车的电机有2台，某台电机发生故障后，便会导致另外一台电机存在过流;脉冲编码器与PG卡等是否正常;是否电流互感器发生异常现象。当判断以上状况都正常后，便可将直流检测点与输出侧电流负感器断开，进行复位之后如果依然存在，便可判断是触发板或者主控板发生了故障。
5变频器过载故障
5.1故障状况
负载状况：
故障一：在电流連续60s比额定电流超出150%，即OL1故障，此时过载的是电机。
故障二：在电流连续10s比额定电流超出180%，即OL2故障，此时过载的是变频器。
故障三：在电流连续5s比额定电流超出200%，即OL3故障，此时过载的是系统过载[3]。
5.2故障排查和处理
无论发生以上哪类过载故障，均为负载自身过大或者惯性过大导致电动机堵转所引发的，因此，若发生故障的变频器已经被投入运行，需要在第一时间对负载状况进行检查，就必须检查负载的状况。倘若发生以上故障的变频器属于新安装的，则可以判断故障引发原因为电机的设置参数发生了问题。
结论：总之，在该码头所用的轮胎式集装箱龙门起重机，其所用变频器具有较高可靠性，然而若运用适当或者遇到突发事件，依然会导致变频器发生损坏。因此，若想在日常工作阶段对变频器进行合理使用，就应当对日常常见的各类故障加以分析，明确其有效排查和处理的方法，这对于码头起重机的安全运行极其重要。
参考文献：
[1]曾永辉.智能型集装箱龙门起重机绿色成套技术的研发与应用[J].中国科技成果，2017，18（16）：43-46.
[2]王英泽.一种新型港口轮胎吊吊具自动控制系统[D].2017.
[3]王波.igus系统为龙门起重机实现高速数据传输[J].港口装卸， 2017（1）：47-47.
关键词：轮胎式集装箱;龙门起重机;变频器;维修;故障
引言：在某地集装箱堆场当中，重点应用了轮胎式集装箱龙门起重机，此类起重机在搬运与装卸等工作中发挥了关键作用。需要注意的是，这部分起重机所装载电控系统有着较为复杂的技术，以及较高的维护成本，倘若发生故障导致停机，将对装卸作业整体产生不良影响。因此，对这些故障进行研究是极为重要的。
1绝缘故障
1.1故障状况
某码头所用的一台轮胎式集装箱龙门起重机小车机构于轨道当中工作约3m后停机、中止运行，导致其打车机构和起升机构均无法运行，然而其PLC与变频器均未显示故障[1]。
1.2故障排查和处理
此轮胎式集装箱龙门起重机所有机构变频器都停止了驱动动作，然而其显示处于正常供电状况，同时其控制电源与直流母线的电压也都显示正常。将2个打车机构、起升以及小车机构变频器打开，发现这些变频器当中全部触发板以及电源板所用DC/DC变换器相应高压滤波电容与电解虽然没发生炸裂，但是均存在爆浆，其中一部分甚至发生了鼓包。此外，母线滤波的电容与电解均处于正常状态。
将变换器当中高压滤波的电容与电解更换，对线路板进行清洗后通电进行试车。在此阶段，大车与起升机构能够正常动作，在数秒钟之后，先前故障再次出现。用万用表测量在电容两端并联的电阻，所测最高的电压仅为710V，因此可以判断小车机构引发了故障。母线会向线路板提供直流电压，通过分析电容与电解发生的爆浆问题，可知小车的电动机在工作阶段其直流母线的电压发生了波动。对变频器阻容的吸收装置进行检查，检查结果显示正常。对IGBT内反并整流管进行检查，发现也没有问题。在检查的最后阶段，发现轮胎式集装箱龙门起重机小车机构电动机的绝缘较差稍差。
维修该小车的电动机，随后重新检修所有的线路板，并发现故障最终全部消除。
绝缘故障的起因通常都不容易进行判断。由于检查过程中发生鼓包以及电容与电解发生爆浆现象，此故障的主要原因可能为过热，此原因同时是因为母线的电压直流出现变化，增加了波纹系数。
在一般状况下，对于轮胎式集装箱龙门起重机或者发电机而言，接地线都极为重要，然而如果电动机的绝缘性逐渐降低，则会在绕组当中调制波经由接地线的时候，其电解液将瞬间受到大电流的影响，会发生热胀冷缩、继而汽化、沸腾等现象，进而引发爆降。
2直流母线故障
2.1故障状况
该码头轮胎式集装箱龙门起重机所采用的变频器可以经由控制对控制目标进行反馈，也就是通过对轮胎式集装箱龙门起重机的驱动电动机转速加以控制，可以实现高精度控制轮胎式集装箱龙门起重机的各个机构。某次工作阶段，轮胎式集装箱龙门起重机大车机构中止运行，其控制电源持续闪烁，其1号变频器当中所显示的故障代码为“dcf”。
2.2故障排查和处理
发生故障时，对应代码“dcf”即直流回路的熔断器被断开，因此可采用以下方式进行检查：①对变频器的外部硬件进行判断，确定其损坏与否。将变频器接线和外围电动机间接线断开，同时借助万用表测量变频器的外围线路，测量后确认电动机未损坏，此线路并未出现短路等故障。
②檢测变频器的内部，并且对熔断器进行检查，判断其是否存在损坏现象。此外还应对变频器驱动板当中熔体进行测量，确认其熔断与否。在检查过程中发现，熔断器受损，因此判断其IGBT模块极有可能被击穿。众所周知，所有IGBT的元件中均会集成续流二极管，借助万用表对此二极管单向的导通性能加以测量，便能对此元件的好坏加以判断[2]。
③把万用表调至欧姆档，测量续流二极管的电极阻值。将表红色表笔接到P+极，将黑表笔对二极管一端W、U与V相逐个连接。随后把黑色表笔接到N-极，将红表笔对二极管一端W、U与V相逐个连接。在测量过程中，发现P+极与N-极与W相连接时，其阻值均约为0，比参考范围5-20Ω低很多，由此便可判断此二极管应该被严重击穿。后续物理证明的确是此原因。
因此，需要对驱动板和IGBT元件进行更换，随后重新进行调试，最终发现大车机构出现故障的变频器不再显示错误代码，并能够正常工作。
3脉冲故障
3.1故障状况
该码头某台轮胎式集装箱龙门起重机运行期间，其大车机构发生了严重的抖动，很难纠偏。起重机大车机构主要是经由2台转速不同电动机进行纠偏。大车工作距离及电动机转速决定其纠偏量，即转速越快、工作距离远，其纠偏量将变大。出现故障时，此轮胎式集装箱龙门起重机大车机构依然可以正常工作，其变频器显示的故障信号为PG。
3.2故障排查和处理
此故障即脉冲编码器发生的故障。发生故障后，结合故障信号可以初步判断变频器中脉冲编码器卡未受到编码器所发信号而引发故障。
对比源于编码器等用于检测速度的传感器所发出速度指令和速度信号，对变频器输出的频率加以控制，从而确保速度的检测值和相应质量保持一致。当前编码器发生故障，需要对其进行连接的配线进行检查，发现其并没有断开连接，可是此部分的连接较为松动。拧紧螺栓后调试，PG字样消失，然而大车依然存在不能纠偏的故障。
对操作手柄和编码器进行重新检查，便发现编码器自身输入点存在明显异常，便可将电源、零位等故障排除。随后检查操作手柄两侧进档编码器的输入模块，发现大车右偏移与左偏移满档的时候，模块信号的点数并不相同。
尽管编码器零位的指示灯发光，然而其旋转的角度具备裕量。此时对手柄编码器位置进行调整，便可使两端点数相同。在试车阶段，发现大车能够顺利纠偏，说明故障已经被排除。 4变频器过流故障
4.1故障状况
变频器过流具备瞬间记忆的能力，且不可进行人为的设定，其几倍会被用到逆变器负载一侧的短路当中，而流经逆变器的电流，在其达到额定电流的2.7-3倍范围内，会瞬时将逆变器停止、将电源切断。当变流器输出的电流发生异常，同样也会使逆变器停止。
4.2故障排查和处理
需要确定的要素包括：加速的时间足够与否;提升力矩的参数大小是否合适;负载的外部过重与否、短路与否。例如拖动小车的电机有2台，某台电机发生故障后，便会导致另外一台电机存在过流;脉冲编码器与PG卡等是否正常;是否电流互感器发生异常现象。当判断以上状况都正常后，便可将直流检测点与输出侧电流负感器断开，进行复位之后如果依然存在，便可判断是触发板或者主控板发生了故障。
5变频器过载故障
5.1故障状况
负载状况：
故障一：在电流連续60s比额定电流超出150%，即OL1故障，此时过载的是电机。
故障二：在电流连续10s比额定电流超出180%，即OL2故障，此时过载的是变频器。
故障三：在电流连续5s比额定电流超出200%，即OL3故障，此时过载的是系统过载[3]。
5.2故障排查和处理
无论发生以上哪类过载故障，均为负载自身过大或者惯性过大导致电动机堵转所引发的，因此，若发生故障的变频器已经被投入运行，需要在第一时间对负载状况进行检查，就必须检查负载的状况。倘若发生以上故障的变频器属于新安装的，则可以判断故障引发原因为电机的设置参数发生了问题。
结论：总之，在该码头所用的轮胎式集装箱龙门起重机，其所用变频器具有较高可靠性，然而若运用适当或者遇到突发事件，依然会导致变频器发生损坏。因此，若想在日常工作阶段对变频器进行合理使用，就应当对日常常见的各类故障加以分析，明确其有效排查和处理的方法，这对于码头起重机的安全运行极其重要。
参考文献：
[1]曾永辉.智能型集装箱龙门起重机绿色成套技术的研发与应用[J].中国科技成果，2017，18（16）：43-46.
[2]王英泽.一种新型港口轮胎吊吊具自动控制系统[D].2017.
[3]王波.igus系统为龙门起重机实现高速数据传输[J].港口装卸， 2017（1）：47-47.