电子╱电路第15章 高压变频器故障与维护

第8章高压变频器常见故障发生的原因

12高压变频器一般具有高度的智能化水平和完善的故障检测电路，并能对所有的故障提供精确的定位，在主控界面上做出明确的指示。在实际的运用中我们发现，常见的故障可以分为光纤故障、过电电压故障、欠电压故障、缺相故障、过热故障、驱动故障、变压器故障、控制器故障、脱机故障等。工矿企业的技术人员需要了解高压变频器的这些常见故障发生的原因和处理方式，这里就高压变频器常见的故障及产生的原因和处理方法——进行分析。由于高压变频器的种类较多，拓扑结构各不相同，本章以国内市场主流的单元串联多电平型高压变频器为主进行分析。38.1光纤故障在高压变频器中，功率单元属于高压部分，控制器属于低压部分。为了实现低压部分与高压部分完全可靠地隔离，以保证极高的安全性。同时控制器与功率单元有一定的安全距离，为保证在远距离信号传输中仍然具有很好的抗电磁干扰性能，控制器与功率单元之间采用光纤通信技术，光纤及光纤信号发送／接受接收器作为控制器与功率单元的通信介质。高压变频器出现光纤故障一般有以下几种情况：4①

功率单元与控制器之间的光纤连接头脱落或者接触不良；②光纤信号发送／接收器内部堆积灰尘；③光纤折断；④光纤通信电路控制板上部分器件损坏或者受温度影响工作不稳定，如器件老化，芯片插座松动。晶振起振不稳定，振幅降低等；⑤光纤电路控制电源输出不正常。5在出现光纤故障的情况，首先需要判断是功率单元侧出现故障还是控制器侧出现故障。在不能明确故障出现在哪一侧的情况下，应在高压变频器断电后，根据监按界面的故障记录用备用功率单元替换下被怀疑有故障的功率单元，然后重新给变频器通电，此时如果故障消失则可以判定属于功率单元故障，如果故障仍然存在则应是控制器有故障，此时可以考虑更换控制器中小的光纤通信板。6当然在没有备用模块的情况下又要确定是控制器还是功率单元的故障，需要慎重考虑是否对变频器重新上电。因为盲目上电可能会对变频器造成二次损坏。此时，可以根据上面列举的光纤故障可能发生的原因逐一进行检查，然后再确认功率单元内部是否有打火痕迹，整流桥、SCR是否有击穿现象，电解电容是否爆裂，熔断器是否己断裂等，逐一检查未发现异常时可以考虑重新上电。同时将在控制器中光纤板上的同一相的其他任意一个功率单元对应的光纤与进行对调，再次上电时监控界面定位的光纤故障如果仍然在原位置，说明是光纤板损坏。反之，监控界面显示的光纤故障已经更换位置。则说明是功率单元故障，此时可以考虑与厂家联系更换或维修故障功率单元。78．2过电压故障高压变频器过电压故障保护是各功率单元内直流母线电压达到危险程度后采取确保护措施，在高压变频器的实际运行中引超此故障的原因较多，可以采取的措施也绞多。在处理此类故障时要分析清楚故障原因，有针对性地采取相应的措施去处理。正常情况下直流母线电压为三相交流输入线电压的蜂值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压Ud＝1.414×700＝899V。过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时，(通常为正常值的10％～20％)，高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，有一个正常的工作范围，当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。88.2.1过电压故障的危害高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几个方面。对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接有影响，严重时会引起电容器爆因而高压变频器厂家将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定范围，变频器将按限定要求跳闸保护。9②对功率器件如整流桥、IGBT、SCR寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对于AC700V左右，输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定电压一般选定在DC1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大，因此在直流母线电压过高时，再叠如功率器件的额定电压而造成器件击穿损坏。③对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的DC/DC变换器需从直流母线取电，DC/DC变换器的输入电压也有一定范围，直流母线电压过高，则DC/DC变换器中开关管如MOSFET也会损坏。108．2．2引起过电压故障的原因一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两的个方面。

1．来自电源输入侧的过电压正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%～+10％以内，，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时。变频器会困过电压保护而跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补充电容在合闸或断开时形成的过电压等。其主要特点是电压变化率du／dt和幅值都很大；当然，还有同一个电源所带的负载突然减小，引起电源电压的上升等。此时最好断开电源，进行检查处理。112、来自负载侧的过电电压由于某种原因使电动机处于再生发电状态时。即电动机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态时。负载的传动系统中所存储的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个如IGBT中的续流二极管回馈到功率单元直流母线回路中。此时的逆变桥处了整流状态，如功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。一般在变频器负载侧可能引起过电压的情况及主要原因如下：12①频器减速时间参数设定相对较小及未使用变频器减速过电压自启处理功能。当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设得比较小。在减速过程中，变频器输出的速度减速比较快。而负载依靠本身阻力减速比较慢。使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还用高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而变频器直流回路电压升高，超出保护值，出现故障。13

北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSYERT-A系列高压变频器为了避免因减速过电压跳闸，专门设置了减速过电压的自动处理功能，如果在减速过程中直流母线超过设定的答应上限，(此上限低于过压保护值)，变频器的输出频率将不再下降，暂缓减速，待直流电压下降到设定值以下，再继续减速。如果减速时间设定不合适，又没有利用减速过电压的自动处理功能，就可能出现过电答应故障。14②工艺要求在限定时间内减速至规定额定值或停止运行。工艺流程限定了负载的减速时间，合理设定相关参数也不能消除这一故降，此时，变频系统必须有措施来消耗多余的能量，如采取电阻消耗的办法。15③电动机所传动的位置负载下放时，电动机将处于再生发电制动状态。回馈能量超过中间值直流回路及其能且处理单元的承受能力。过电压故随也会发生。对于这种负载，应该选用带能量回馈功能的变频器。将能量回馈至电网。④多个电动机拖动同一个负载时，也可能出现这一故障，这主要是由于没有均衡负荷分配引起的。以两台电动机施动一个负载为例，当一台电动机的实际转速大个另一台电动机的同步转速时。则转速高的电动机相当于原动机，转速低的处于发电状态，引起了过电压故降。处理时需加负荷分配控制装置。可以把变频器输出特性曲线调节得缓和一些。16⑤

变频器中间直流回路电容容量下降，变频器在运行多年后，中间直流回路电容容量下降将不可避免，中间直流回路对直流电压的调节程度减弱，存工艺状况和设定参数未曾改变的情况下，发生变频器过电压跳闸的概率回增大，这时需要对中间直流回路电容器容量下降情况进行检查。17不管是来自电源输入侧的过电压，还是来自负载侧的过电压，它们带来的结果都是变频器的各个功率单元直流母线电压超过了保护值从而产生过电压故障。但高压变频器在现场运行中报过电压故障也有相当一部分并不是因为母线电压升高而引起的，而是由检测回路工作异常造成的。过电压检测电路包括高压采样回路和低压比较回路，通常直流母线电压要经过采样后再与基准信号进行比较，经过隔离电路后才送至故障处理单元。检测回路任意一个元器件损坏(如采样电阻烧断、光耦老化等)或者检测回路抗干扰性不强，都会引起变频器通报过电压故障。过电压的危害很大，必须立即保护，因此决定了硬件检测回路和软件判断程序的稳健性不能太强，所以相对欠电压、缺相等故障来说，过电压故障误报的可能性相对来说更大一些。188．2．3避免过电压故障的方法根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限制定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。19

1．在电源输入侧增加吸收装置，减少变频器输入侧过电压因素对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断并时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。202．从变频器已设定的参数中寻找解决办法在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在给工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载功能逐渐降放；该参数的设定要以不引起中间路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象。就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值。即采用分段减速方式。21

3．采用在中间直流回路上增加适当电容的方法中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适与当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器是解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器变频器的办法，是以增大变频器容量的方法来换取道过电压保护能力的提高。22

4．在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥。电源电压历高，中间直流回路电压也高，有些用户处网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置移相整流变压器侧预留5％、0分接头，一般出厂时移相变压器高压侧都默认接在0接头处，在电压偏高时，可以将输入侧改接在5％分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压。达到相对提高变频器过电压保护的目的。235．增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分。因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面两入手。①中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短。电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕量大、防潮性好、温漂小的电阻。②低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦，合理设计参数以提高光耦一、二次侧的执干扰能力。246、在输入侧增加逆变电路的方法处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网络。但可控整流桥价钱昂贵，技求复杂。不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。25

7．采用增加泄放电阻的方法根据实际情况在功率单元内增加泄放电阻，为中间直流回路多余能量的释放提供通道，足一种泄放能量的有效方法，能一定程上缓解频繁过电压的矛盾，其不足之处是能耗高，可能出现频繁投切或长时间投运，致使电阻温度升高、设备损坏。所以电阻的选择要和负载惯性能量相匹配。26除了以上列举的处理措施以外，高压变频器过电压故障的发生还与功率单元中间直流母线排结构的设计形式、功率等级大小有关。总之，高压变频器功率单元中间直流过电压故障是变频器的一个非常重要的故障点，关键是要分清原因，结合变频器本身参数、控制系统状况和工艺流程等情况。才能制定相应的对策。只要认真对待，过电压故障是不难解决的。278．3欠电压故障和过电压故障定义类似，高压变频器欠电压故障保护是各功率单元中间直流母线电压持续低到一定程度且维持一段时间而采取的保护措施，欠电压也是用户在使用高压变频器中经常碰到的问题，电网电压降低后，功率单元中间直流电压若降到欠压保护值以下，保护电路将动作。288．3．1欠电压故障的危害高压变频器功率单元中间直流回路欠电压的主要危害表现在以下几方面。①导致变频器过载或者过流保护。高压变频器带重载运行过程中若突然出现长时间欠电压，此时因为输出功率银大而变频器输出电压的脉冲幅度过低，根据公P=√3UIcosφ，输出电压下降,为维持输出功率不变势必输出电流相应增加；而当输出电流超过一定值时，变频器输出过载或者过流保护电路动作。29②

功率单元控制板不能正常工作。功率单元控制板上的DC/DC变换器输入电压有一定范围，对直流母线电压值有一个下限值要求。当电压低到一定程度时，单元控制扳将不本能正常工作，所以，在此之前，欠电压保护就必须起作用了。308．3．2引起欠电压故障的原因一般能引起中间直流回路欠电压故障的原因主要有以下几个方面。在变频器的供电回路中，若存在大负荷电动机的直接启动，产生电网瞬间的大范围波动即会引起变频器欠电压保护，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网波动过后设备即可通常运行。①来自电网的负向波动。②功率单元输入电源缺相。输入电源缺相包括：三相交流输入侧两相或者以上熔断器可能熔断，变压器二次侧至功率单元输入侧接线螺栓松动或者功率单元三相进线松动等。31③欠电压检测电路出现异常。④率单元三相整流桥的某相断路。⑤移相整流变压器二次侧短路。328．3．3欠电压故降的处理方法根据以上针对高压变频器欠电压带来的危害及产生的原因，可以从以下几个方面来处理欠电压故障。

1．增大供电变压器容量，改善电网质量在实际工况下如果同一供电母线下，变频器周围频繁有大容量用电设备启动，应尽量增加供电变压器容量，减小电压跌落幅度；如果启停数不是很频繁，可以选用具有来电自启动功能的变频器。这种变频器，当电网剧烈波动时停机，电网电压恢复正常后，自动识别或者查找电动机转速，更新开始运行；负载没有停机．对生产的影响很小。332．检测变压器至功率单元的连接以及功率单元的整流桥当用万用表确认变压器二次侧至功率单元输入侧的电缆连接可靠、变压器外观未出现异常时，应对功率单元的整流桥进行检测。34

具体的检测方法，以HARSVERT-A系列功率单元为例说明。图8-1所示为功率单元的电路原理图。首先找到变频器内部直流电源的正极V+及负极V-，将模拟万用表调到R×10挡，数字万用表调到二极管挡，红表笔接到V+上，黑表笔分别接到R、S、T上，用模拟万用表时应该有十几欧的阻值，用数字万用表时应该显示0.3-0.5的数值。相反，将黑表笔接到V+上，红表笔依次接到R、S、T大，应该有一接近于无穷大的阻值。将红表笔接到V-上，重复以上步骤，睹应得到相同的结果，用以上的方法基本能判定整流桥的好坏。3536这里需要着重强调的一点是；当需要打开变频器柜门前一定要确认高压断电时间已超过15min，因为高压变频器运行时，功率单元直流回路电压已达到1000V左右。且平波所用电解电容数量较多，等效容量较大，因此存储了大量的电能；变频器断电后需等待功率单元中的均压电屯阻将电容上的电能泄放到安全范围后（放电持续时间在15min以上）才可以对功率单元进行检测。373．增强欠电压检测电路的可靠性欠电压检测的原理与过电压检测相同，需要关注的事项基本上也相同。不过需要关注的是欠电压检测电路在软件方面的抗干扰性很强，因为欠电压故障的实时性要求不高，一般很少因干扰造成误报欠电压故障。383．增强欠电压检测电路的可靠性欠电压检测的原理与过电压检测相同，需要关注的事项基本上也相同。不过需要关注的是欠电压检测电路在软件方面的抗干扰性很强，因为欠电压故障的实时性要求不高，一般很少因干扰造成误报欠电压故障。一般能引起变频器出现缺相故障的原因主要有以下几个方面：39①高压输入开关掉闸，或者电网发生故障；②功率单元三相进线的熔断；③移相整流变压器二次侧短路；④整流变压器三相进线螺栓松动，或者整流变压器与功率单元的连接线路出现故障；⑤缺相检测保护电路异常，在这种情况下，更换相应的捡测电路即可。408．5过热故障高压变频器运行系统额定负载运行的效率一般都在96%左右，其余的4％的功耗主要是以热能的形式散失在变频器中了；如果变频器内部的热量不及时散出，必然导致移相变压器在高温下运行；功率单元的IGBT、整流桥等功率器件和电解电容等也会在超出安全工作温度下运行。长此以往变频器的寿命会大大降低，严重时会直接导致元器件的损坏，因此需要设置过热保护，在高压变频器中主要有变压器过热保护、功率单元过热保护电路。41

移相整流变压器一般分轻度过热(作用于报警)和严重过热(作用于跳闸)保护。过热保护一般会有以下几方面原因：①变压器变二次侧接线绝缘破损、短路；②变压器长时间过载运行；③现场环境温度过高；④变压器的冷却风机不正常，风路不通畅；⑤温度控制器功能不完善，过热保护参数设定不合理，或参数被非法复位或修改等。42功率单元过热故障保护主要是功率器件在一定电流下运行时。器件基板的湿度达到规定的温度时而采取的一种保护措施。功率器件如整流桥、IGBT等在移相整流变压器该子时本身也要消耗功率，其耗散功率主要包括通态损耗和开关损耗，其结果使基板温度tC、和半导体结温tj上升。图8-2所示为IGBTY耗散功率P与模块基板温度tC的关系曲线。图8-3所示的为IGBT集电极电流Ic与模块基板的温度tC的关系曲线。可以看出随着IGBT基板温度tC的上升，IGBT允许的耗散功率和集电极电流急剧下降，因此必须控制其最高基板温度tC。一般，基板温度控制在低于80℃，这样，半导体结温tj可控制在125℃以内，否则会造成管子的过热烧毁。为了保证基板温度，使IGBT稳定可靠工作，必须采取适当的散热措施，并增加IGBT过热检测保护电路。IGBT过热检测元器件可以采用温度继电器或热敏电阻。4344

一般能引起功率单元过热故障的原因主要有以下几个方面：①环境温度过高，散热效果较差，变频器内部温度较高；②测温元件连接线断开或元件出现故障；③功率单元柜顶风机不良；④进风口或出风口不通畅，通风通道阻塞，或者滤网堵塞。458.6IGBT,SCR驱动故障—功率器件的保护和

故障分析IGBT,SCR是高压变频器中最关键的功率器件，它是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。IGBT,SCR作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。为了提高系统的可靠性，采取了一些措施来防止IGBT因过流而损害。46IGBT的过流保护电路可分为两类：一类低倍数的（1.2～1.5倍）的过载保护，一类是高倍数（可达8～10倍）的短路保护。对于过载保护不必快速响应，可采用集中式保护，即检测输出端或直流环节的总电流，当此电流超过设定值后比较器翻转，封锁所有IGBT驱动器的输入脉冲，使输出电流降为零。这种过载电流保护电路，一旦动作后，要通过复位才能恢复正常工作。47IGBT能承受很短时间的短路电流，一般在10μs左右。短路时，IGBT的导通压降VCE会上升，通常IGBT过流保护装置是通过检测IGBT,SCR导通时的管压降动作的，如图8-4所示。当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，增大到一定值时，IGBT驱动保护电路的比较器翻转，封锁IGBT驱动信号，同时送给CPU处理器故障信号，以达到保护作用。通常引起变频器驱动故障的原因有以下几种：48IGBT能承受很短时间的短路电流，一般在10μs左右。短路时，IGBT的导通压降VCE会上升，通常IGBT过流保护装置是通过检测IGBT导通时的管压降动作的，如图8-4所示。49

当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，增大到一定值时，IGBT驱动保护电路的比较器翻转，封锁IGBT,SCR驱动信号，同时送给CPU处理器故障信号，以达到保护作用。通常引起变频器驱动故障的原因有以下几种：①变频器输出短路；②功率单元内IGBT,SCR被击穿；③驱动检测电路损坏；④检测电路被干扰。50

一般，变频器出现驱动故障以后，在高压未掉电的情况下，切不可轻易复位变频器后重新启动，这样容易造成变频器的二次损坏。正确的处理办法是根据监控界面的故障定位找到对应的模块，拆开检查IGBT,SCR是否损坏。判断的方法是：找到功率单元内部直流母线的正极V+及负极V-，将数字万用表的黑表笔接到V+上，红表笔分别接到U、V上，用二极管挡，应该显示0.4左右的数值，反向则应该显示无穷大；将红表笔接到V-上，重复以上步骤，应得到相同的结果，否则可判断IGBT已损坏需要更换。51

在IGBT逆变模块损坏的情况下，驱动电路大都不可能完好无损，切不可换上好的快熔或者IGBT逆变模块，这样很容易造成刚换上的好器件再次损坏。这个时候应该着重检查一下驱动电路上是否有打火的印记，如果有则驱动板已经损坏，如果目测没有问题，则应该送回厂家检测，确认正常后可以使用。在现场，一般情况下，更换新的驱动板是比较稳妥的办法。528.7变压器故障

多绕组干式移相整流变压器是多级串联式高压变频器中重要的配套器件之一，它采用H级非包封干式变压器技术，其主体绝缘采用Nomex绝缘系统，在高温下，它的电气和机械性能都十分稳定，而且阻燃和防潮性能很好。变频器的每个功率单元各自通过多绕组移相整流变压器的一个二次绕组供电，这种多绕组隔离变压器的二次绕组互相存在一个相位差，实现了多重化，由此消除了各单元产生的谐波对电网的污染。53

在实际运行中，一般能引起变压器故障的原因主要有以下几个方面：

①电引起的过电压、补偿电容或者前级高压开关在合闸或断开时形成的操作过电压引起变压器一次高压绕组对铁芯放电等；

②压器二次侧接线绝缘不好甚至短路；

③压器二次绕组引出线与接线螺栓之间松动；④压器运行时温度过高。54

根据上述变压器发生故障的原因分析，可用下面的方式处理变压器故障。

1.在变压器输入侧增加吸收装置抑制过电压对于变压器输入侧有冲击过电压，雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。同时可以考虑在高压绕组裸露部分（含接线柱）与铁芯间增加绝缘挡板消除接线柱与铁芯之间放电的可能。55

2.合理分布二次绕组接线柱的位置及增加接线螺栓之间的距离多绕组变压器二次侧按照变频器的输出电压等级3kV、6kV、10kV，移相组数有12、15、21、24、27、30，形式各不相同，结构各有差异。随着移相组数的增多，二次侧接线螺栓也随之增多，因此外露的接线螺栓之间的距离及布线的合理性变得尤为重要。563.加强二次绕组接线的强度保证绕组引出线的焊接工艺，保证接线柱的接触强度，以增加牢靠性。4.降低变压器运行过程中的温升不同功率等级的变频器在设计上都能保证在满载运行时变压器不会超温。由于多绕组变电器有极好的耐热性能，可在180℃下具有短时运行能力。现场运行中当出现变压器超温报警时，应检查变压器是否过载运行，环境温度是否过高，变压器的冷却风机运行是否异常，风格是否通畅，温度控制器功能是否完好，温度控制器过热报警参数设置是否合理，参数是否被非法复位或者修改等。578.8控制器故障高压变频器主控制器的核心是由高速单片机[或数字信号处理器（DSP）]和人机界面、光纤通信接口组成的。人机界面使操作方便、可靠，工业标准接口可以实现远程监控和网络化控制。控制器一般还包括一台内置的PLC，用于柜体内开关信号的逻辑处理，以及与现场各种操作信号和状态信号的协调，增强系统的灵活性。变频器控制器故障主要是各种硬件与软件方面的故障。一般产生控制器故障的原因比较复杂且多样化，根据现场运行反馈主要表现在以下一些方面。58

①光纤通信电路异常，不能对功率单元进行有效监控，变频器可以自动检测此类异常；

②主控板、人机界面、PLC通信出现异常；③现场给定信号或者变频器到用户操作台的指示信号丢失；现场信号夹杂干扰，影响变频器的正常工作；④各种硬件的故障；⑤软件的一些缺陷，厂家应能根据用户现场的变化、出现的一些特殊工况和问题，随时升级软件，保证变频器正常运行。598.9风机故障一般情况下，当变频器满负荷工作时，其总损耗（转变为热量）约为系统额定功率的4%，比如1000kW变频器满负荷工作时，损耗约为40kW。如此大的热量要全部依靠变频器的散热风机排出，一旦风机出现故障，将会使变压器和功率器件的温度迅速升高，严重影响变频器的正常运行。60

目前，散热风机逐渐呈现出体积小、长寿命、低噪声、低功耗、大风量、高防护的特点。一些国际知名的企业生产的风机，可靠性已经非常高了。

高压变频器正常工作时，热源主要来自于隔离变压器、功率单元，因此散热风机应安装在变压器柜和功率柜，有时变压器底部还有变压器自带的小型散热风机。一般来说，变频器所配置的风机比较可靠，出现的故障比较少。以下列举一些常见的风机故障：61

三相风机电源缺相，导致长时间过流运行；

风机输入电源相序颠倒，风机反转；

风机因灰尘过多卡住；

风机开关损坏，启动电容、风量继电器及风管等附件损坏；风机机械故障。62

在日常的维护和检测过程中经常检测风机的电源、风机的转向，清理风机内沉积的灰尘，特别是在环境比较恶劣（高温、高湿、煤矿、油田、水泥、煤炭等多粉尘行业，海上平台）的地方，采取相应的防尘、防潮、防盐雾措施，都会大大减少风机的故障率。638.10其他故障在高压变频器中还有一些其他常见的故障，如过电流故障、过载故障、参数设置故障。648.10.1过电流故障变频器中的过电流保护是指带有突变性质的、电流的瞬时值超过了过电流保护值（约额定电流峰值的200%），变频器显示过电流故障。由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过电流保护是至关重要的一环。变频器的过电流跳闸又分正常运行过程中的过电流跳闸和加、减速过程中的跳闸等情况。658.10.1.1正常运行过程中的过电流跳闸正常运行过程中过电流跳闸可能的原因如下。1.变频器短路造成由于变频器输出短路造成过电流跳闸，发生短路后会有如下特点：①第一次跳闸有可能在运行过程中发生，如复位后再启动，则往往一升速就跳闸。②具有很大的冲击电流，但大多数变频器已经能够进行保护跳闸而不会损坏。由于保护跳闸十分迅速，难以观察其电流的大小。66

针对因短路而造成的过电流其具体处理方式如下：要仔细检查变频器内部和输出电缆、电动机的状态，看有无异常，最好能发现故障点。如果目测无法发现故障点，则应将变频器与电动机的连接线断开，用绝缘表检查电动机和电缆的绝缘是否正常，用盘车的方法检查电动机是否正常。如果电动机和电缆都正常，这时可以启动变频器空转，看看变频器的输出波形是否正常，根据变频器的状态更换相应的故障电路。672.轻载过电流负载很轻，却又过电流跳闸，这是变频调速所特有的现象。在V/F控制模式下，存在着一个十分突出的问题，就是在运行过程中，电动机磁路系统的不稳定。其基本原因是低频运行时，为了能带动较重的负载，常常需要进行转矩补偿（即提高U/f比，也叫转矩提升），导致电动机磁路的饱和程度随负载的轻重而变化。这种由电动机磁路饱和引起的过电流跳闸，主要发现在低频、轻载的情况下。解决方法是反复调整U/f比。683.重载过电流①故障现象。有些生产机械在运行过程中负载发生突变，如负荷突然加重，甚至“卡住”，电动机的转速因带不动负载而大幅下降，电流急剧增加，过载保护电路来不及动作，导致过电流跳闸。69②解决方法。

首先，了解机械本身是否有故障，如果有故障，则修理机器。

其次，如果这种过载属于生产过程中经常可能出现的现象，则可以考虑增大变频器的容量，或者选用带有矢量控制性能的变频器。这种变频器用快速的运算限制电动机的转矩输出，从而限制了输出电流。通俗的理解，就是变频器的输出频率永远跟随电动机的转速，让电动机不过电流。708.10.1.2加（减）速中的过电流当负载的惯性较大，而加速时间或减速时间又设定得太短时，也会引起过电流。在升速过程中，变频器工作频率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大；在降速过程中，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这样同样可以使转子绕组切割磁力线的速度太快而产生过电流。这种原因引起的过电流故障，可采取的防治措施如下。711.延长加（减）速时间首先了解根据生产工艺要求是否允许延长升速或降速时间。如允许，则可延长加（减）速时间。2.准确预置加（减）速自处理（防失速）功能变频器对于升、降速过程中的过电流，设置了自处理（防失速）功能。当加（减）电流超过预置的上限电流时，将暂停加（减）速，待电流降至设定值以下时，再继续加（减）速。728.10.2过载故障电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，称为过载。过载的基本特征是电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不会形成较大的冲击电流。输出电流超过反时限特性过载电流保护值，保护电路即动作。731.过载的原因过载的原因主要有以下三种。①机械负荷过重。负荷过重的主要特征是电动机发热。监控界面上的运行电流超过额定电流。主要原因是变频器负载太大，加（减）速时间设定太短；运行周期时间设置不合理；U/f特性的电压太高；变频器功率太小。②三相电压不平衡，引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸。其特点是电动机发热，从显示屏上读取运行电流值时不一定能发现（因显示屏只显示一相电流，或输出三相电流的平均值）。74

③误动作。变频器内部的电流检测部分发生故障，检测出的电流信号偏大，导致跳闸。2.过载后的检查方法①检查电动机是否发热。如果电动机的温升不高，则首先应检查负载的大小，加（减）速时间、运行周期时间设置是否合理，检查变频器的过载保护功能预置得是否合理。如变频器尚有余量，则应放宽过载保护功能的预置值；如变频器的允许电流已经没有余量，不能再放宽，且根据生产工艺，所出现的过载属于正常过载，则说明变频器的选择不当，应加大变频器的容量，更换变频器。

75这是因为，电动机在拖动变动负载或断续负载时，只要温升不超过额定值，是允许短时间（几分钟，甚或几十分钟）过载的，而变频器则不允许。如果电动机的温升过高，而所出现的过载又属于正常过载，则说明是电动机的负荷过重。这时，首先应考虑能否适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比；如果传动比无法加大，则应加大电动机的容量。76

②检查电动机侧三相电压是否平衡。若电动机侧的三相电压不平衡，则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡，如不平衡，问题在变频器内部，应检查变频器的功率单元；如变频器输出端的电压平衡，则问题出现在从变频器到电动机之间的线路上，应检查所有接线端的螺钉是否都已紧固，如果在变频器到电动机之间有接触器或其他电气设备，则还应检查有关电气设备的接线端是否都已紧固，以及触点的接触状况是否良好等。77

如果电动机侧三相电压平衡，则应了解跳闸时的工作频率；如工作频率较低，又未用矢量控制（或无矢量控制），则首先降低U/f比，如降低后仍能带动负载，则说明原来预置的U/f比过高，励磁电流的峰值偏大，可通过降低U/f比来减小电流；如果降低后带不动负载了，则应考虑加大变频器的容量；如果变频器具有矢量控制功能，则应采用矢量控制方式。78

③检查是否误动作。经过以上两项检查，均未找到原因时，应检查是不是误动作，判断的方法是在轻载或空载的情况下，用电流表测量变频器的输出电流，将测量值与显示屏上显示的运行电流值进行比较，如果显示屏显示的电流读数比实际测量的电流大很多，则说明变频器内部的电流测量部分误差较大，“过载”跳闸有可能是误动作。798.10.3参数设置不正确的故障高压变频器在使用中，是否能满足传动系统的要求，其参数的设置也非常重要，如果参数设置不正确，会导致高压变频器不能正常工作。1.参数设置高压变频器一般在出厂时，厂家会对每一个参数都设一个默认值，这些参数叫做工厂值。在这些参数值下，用户能进行基本的操作运行，但基本的操作并不能满足大多数传动系统的要求。所以，用户在正确使用高压变频器之前，要对变频器设置参数，可从以下几个方面进行。

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①确认电动机参数。高压变频器电动机参数包括功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电动机铭牌中直接得到。

②高压变频器采取的控制方式，即速度控制、转矩控制、PID控制或其他方式。设定控制方式后，一般要根据控制精度，进行静态或动态辨识。③设定变频器的运行控制方式。一般变频器在出厂时设定从监控界面启动，用户可以根据实际情况选择运行控制方式，可以选用监控界面、上位机、远程给定等几种运行控制方式。81

④给定信号的选择。一般高压变频器的速度给定也可以有多种方式：界面给定、上位机给定、模拟量（外部电压或电流给定）、现场总线通信给定等。当然，对于变频器的速度给定也可以是这几种方式的一种或几种。822.参数设置类故障的处理一旦发生了参数设置的错误，变频器可能不能正常运行。发生故障时，应该根据产品说明书详细检查参数的设置情况。如果还是发现不了问题，最好是能够把所有参数恢复出厂值，然后重新设置。83第9章高压变频器的日常检查及维护84

随着人们对高压电频器的逐步了解以及对节能降耗要求的日益提高，高压变频器的应用越来越广泛。高压变频器一般用于驱动大功率的电动机，电动机的负载均为现场工艺中的关键设备，如果因为高压变频器的原因导致电动机的停转，将会造成巨大的损失。因此，如果保证高压变频器的长期稳定运行，成为用户和厂家普遍关心的一个问题。而高压变频器的可靠性除了与自身的制造、设计工艺有很大关系外，现场的维护和管理也是决定设备长期稳定运行的重要因素。为了达到合理有效地充分利用现有条件，保证设备的稳定运行的目的，人们对维护和管理均提出了更高的要求。859.1高压变频器稳定运行对环境方面的要求高压变频器运行环境的要求主要包括电气环境、温度、湿度、防尘、防止异物（小动物）进入等方面。9.1.1电气环境要求电气环境的要求主要是指防静电要求和防电磁干扰、接地等。861.防静电要求高压变频器内部电路采用大量的半导体MOS器件，这类器件对静电的敏感范围为25～1000V，而静电产生的静电电压往往高达数千伏甚至上万伏，足以击穿各种类型的半导体器件。尤其是由于IGBT是功率MOSFET和PNP双极晶体管的复合体，特别是其栅极为MOS结构，对于静电压是十分敏感的：印制电路板上有许多元器件对静电也很敏感，接触或维护这些元器件必须遵从相关静电放电的说明。87

对变频器现场进行更换或测量作业时必须注意以下事项。

①接触变频器印制电路板或更换功率器件时，必须正确戴好接地防静电手环，该手环必须通过1MΩ电阻接地。②在需要用手接触IGBT前，应先将人体上的静电放电后再进行操作，并尽量不要接触模块的驱动端子部分，必须接触时要保证此时人体上所带的静电已全部放掉。③需要进行IGBT驱动线的焊接作业时，为了防止静电可能损坏IGBT，需要使用带接地端的电烙铁。88

④静电可通过接触接地的导电体如金属片加以消除。

⑤静电敏感器件在运输时必须使用防静电袋存放。

⑥手持印制电路板时，总是握住边缘部分。

⑦不要使印制电路板在任何表面（桌面或工作台面）上滑动。如可能，在具有导电表面（通过1MΩ电阻接地）的工作台上进行印制电路板的维护工作。如没有合适的导电工作台，可用干净的钢板或铝板代替。⑧避免使用塑料、苯乙烯等非导电材料。因为它们均能产生大量的静电而且不容易消除。892.防电磁干扰①电磁干扰对高压变频器的硬件和软件都有可能造成损害，高压变频器本身产生的电磁辐射也会对临近的电子设备产生影响。因此，设备在安装时，必须做好变频器的接地工作，以免电子设备之间相互产生干扰。②高压变频器的控制线最好与动力线交叉通过，并尽量避免长距离靠近并行走线。③输入和输出电缆必须分开配线，防止绝缘损坏造成危险。④现场到变频装置的信号线，应该与强电电线分开布线，信号线采用屏蔽线，屏蔽线的一端可靠接地。⑤为调速装置埋设专用控制接地极，要求接地电阻不大于4Ω。903.接地及防雷接地是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。所有柜体应牢固安装于基座之上，并和厂房大地可靠连接。变压器屏蔽层及接地端子PE也应接至厂房大地（这一点尤其重要，曾经发生变压器接地不良而导致烧毁的案例）。各柜体之间应相互连接成为一个整体。要求变频器室及上级配电系统有良好的防雷措施。变频器控制电源线不应在室外架空走线，避免遭雷击而损坏。919.1.2温度要求电力电子设备对环境的温度有着较高的要求，变频器的可靠性在很大程度上取决于温度。1.温度对可靠性的影响现场温度偏高，易使机器散热不畅，使元器件的工作参数产生漂移，影响电路的稳定性和可靠性，严重时还可造成元器件的击穿损坏；温度过低，将造成控制器、人机界面等部件不能够启动，影响设备的正常运行。图9-1所示为电子设备发生故障的规律。从图上可以看出，现场的环境温度越高，设备的故障率越高。922.温度对寿命的影响周围温度升高10℃，变频器寿命减半（温度降低10℃，寿命增倍），这一规律称为Arrhenius定律（也称热寿命方程），如图9-2所示。变频器启动时，要求环境温度大于0℃，最高环境温度40℃，温度变化应不大于5℃/h。如果环境温度超过允许值，用户应考虑为其配备相应的通风散热装置。一般情况下，将调速装置周围的环境温度控制在25℃左右是最好的。93949.1.3湿度要求湿度对高压变频器的影响也很大。空气潮湿，易引起设备的金属部件和插接件管部件产生锈蚀，并引起电路板、插接件和布线的绝缘降低，严重时不可造成电路短路；空气太干燥又容易引起静电效应，威胁高压变频器的安全。为了保持变频器环境的相对湿度符合标准，可视现场的具体情况配置加湿器或抽湿机。一般说来，变频器环境湿度要求小于95%（20℃），

95相对湿度的变化率每小时不超过5%；同时避免结露，相对湿度保持在40%～60%范围内较为适宜。在梅雨季节，对于长时间不用的高压变频器也一定要定时通电工作一段时间，让变频器工作产生的热量将机内的潮气驱散出去。如果运行不允许，则至少应让变频器的通风装置工作一段时间。969.1.4防尘要求在灰尘比较大的环境中工作，由于印制电路板会吸附灰尘，而灰尘的沉积会影响电子元器件的热量散发，这将导致元器件温度上升，进而出现热稳定性下降甚至产生漏电，严重时导致烧毁。另外，灰尘也会吸收水分，腐蚀变频器内部的电子线路，造成一些莫名其妙的短路问题。所以灰尘体积虽小，但对变频器的危害不可低估。防止灰尘最有效的办法就是将变频器安装在干净清洁的环境中，并且每日清扫环境。对于长期运行但无法经常清洁的设备，定期专门对设备做一次清洁是很有必要的。979.1.5防止鼠害及异物进入变频器高压变频器属于高压电气设备，需要根据变频器使用场所的不同对变频器的防护等级进行选择，为防止鼠害、异物等进入应作防护选择。常见IP10、IP20、IP30、IP40等级分别能防止Φ50、Φ12、Φ2.5、Φ1固体物进入。在特殊的工况下，还需要考虑垂直滴水对设备的影响。设备安装完毕后，要求对电缆进线孔使用防火泥进行封堵。设备运行中，不允许长时间打开柜门。989.2维护与检查需要注意的事项①高压变频器属于高压产品，柜内有3kV、6kV、10kV的危险电压。②用户在设备安装和投入运行前，务必认真阅读和理解使用手册，严格遵守操作规程。③务必注意人身安全和设备安全。④操作人员必须熟悉变频器的基本原理、功能特点、指标等，具有变频器的运行经验，熟悉设备的结构和操作方法及其危险，无关人员不得随意操作变频器。任何维护和检修工作应严格按照操作规程进行。⑤注意高压危险，还要注意等功率单元中的电容器充分放电后，再进行作业。在检修时，一定要将高压切断并待所有单元的红色指示灯安全熄灭才能更换或测量。99⑥确认无发热元器件和不带电之前，千万不要触摸柜内任何部位。⑦不要使高压电源误接到变频器的输出端，否则会使变频器内部器件发生爆炸。⑧不要用高压绝缘电阻表测量变频器的输出绝缘，否则可能会使功率单元中的开关器件受损。⑨变压器进行耐压试验时，需要将所有功率单元同变频器断开，并且将温控仪同测温探头断开。100⑩一般情况下，变频器的控制电源和高压电源是分开的。变频器已经带高压是千万不要断开控制电源，以免发生危险。11不要在柜门打开时运行变压器。唯一的例外是控制柜，它的电压很低。12在安装及运行中，应防止异物落入变压器内。1019.3日常检查的项目①电动机是否像预期的那样运行。②安装环境是否异常，经常检查室内温度、通风情况，注意室内温度不要超过40℃。夏季环境温度较高时，应加强变频器安装场地的通风，保证变频器有良好的通风散热条件。③值班人员或维护人员要定期对变压器进行巡视、检查，记录变压器绕组的温度值。④冷却系统是否异常，主要观察散热风机是否正常转动，界面有无报警提示，环境的冷却装置是否工作正常。102⑤对于柜内关键的保护元器件要定期检查校核，例如电磁锁等。⑥室内保护清洁卫生。⑦经常检查变频器是否有异常声响、异味，柜体是否发热，是否存在异常振动，是否出现异常过热、变色。⑧在运行中要注意观察变频器输入/输出电压、电流的情况是否在正常范围内。⑨发生跳闸时，要记录下故障情况，查明原因后方可再次送电。103⑩半个月左右清理一次柜门防尘滤网的灰尘，保证冷却风路的通畅。如果环境灰尘污染严重，定期清理的时间还应缩短。经常用一张A4纸检查变压器柜、功率柜进风口风量（A4纸应能被过滤网牢牢吸住），如有问题及时排除（更换或清洗过滤网，或检查柜顶风扇是否有问题）。11特别注意进风口不要有蒸气、雨雪吸进，否则会严重损坏变频器。出风口也要采取措施防止雨雪倒灌。12建议变频器投入运行前一个月内，将所有主回路的连接电缆紧固一遍：以后每半年定期紧固一遍（包括控制线），并用吸尘器将柜内灰尘清除干净。高压瓷绝缘子、绝缘子、电压互感器、避雷器等高压设备也需定期清灰。10413建议两次合分高压电源的时间间隔在30min以上，以减少对变压器的冲周。14如果变频器长期停机，半年左右应通高压电一次，持续最少1h，这样做的目的是对电解电容进行激活，以防电解电容发生漏电增加、耐压降低的劣化现象（注意：备用模块中的电解电容需定期激活）。1059.4定期检验的项目为了使高压变频器有一个良好的运行工况和使用环境，排除故障隐患，保证其持续长久的安全运行，杜绝各类不必要故障的发生，需要对高压变频器进行定期检查。检验内容如表9-1所示。表9-1变频器例行检查汇总表106检查位置检查项目检查事项周

期检查方法判定基准使用仪器日常定期1年2年3年全部周围环境周围温度、湿度、尘埃等●利用观察周围温度-10～+40℃，不冻结；周围湿度90%以下，无凝露温度计、湿度计107全部装置是否有异常振动、异常声音●利用观察和听觉没有异常主电源电压主回路电压是否正常●观察变频器界面显示的输入电压额定电压±10%控制电源电压控制电源电压是否正常●测量变频器端子控制电源接线点AC220（1±10%）V108人机界面界面显示信息是否异常●利用观察界面显示的各项数据应该在正常范围内滤网检查滤网是否堵塞●利用观察用一张A4纸检查变压器柜、功率柜进风口风量，A4纸应能被过滤网牢牢吸住109主回路全部①绝缘电阻表检查（变压器绝缘情况）；②紧固部分是否松脱；③各零件是否有过热的迹象；④清扫●●●●●●●●●●●●①变压器线圈对地绝缘电阻值应处于正常范围内；②加强紧固件；③用眼观察①大于100MΩ；②～③利用观察DC2500V级绝缘电阻表110连接导体、导线①导体是否倾斜；②导线外层是否破损●●●●●●①～②利用观察①～②没有异常端子排是否损伤●●●用眼观察没有异常滤波电容器①是否泄漏液体；②是否膨胀；③测定静电容●●●●●●●●①～②利用观察；③用容量测定器测量①～②没有异常；③定额容量的85%以上容量计111继电器①动作时是否有“Be，Be”声音；②触点是否粗糙、断裂●●●●●●①用耳听；②用眼观察①没有异常；②没有异常112控制回路保护回路动作检查①变频器运行时，各相间输出电压是否均衡；②变频器与上级高压开关的连锁是否正常，显示、保护回路是否正常●●①测量变频器输出端子U、V、W相间电压；②将变频器上级开关打到模拟运行位置，进行试验①测量控制柜端子上的测点，相间电压误差应在10V以内；②变频器“合闸允许”给出后，高压开关才能够合闸，“高压急切”给出后，高压开关要立即分断万用表113冷却系统冷却风机①是否有异常振动、异常声音；②连接部件是否有松脱●●●●①在不通电时间手拨动旋转；②加强固定①平滑地旋转；②没有异常114显示显示①人机界面的显示是否正常；②清扫●●用碎棉纱清扫，注意不要使用有机溶机进行清洁确认其能正常显示115仪表指示值是否正常●确认盘面仪表的指示值满足规定值电压表、电流表等电动机全部①是否有异常振动、异常声音；②是否有异味●●听觉、身体感觉，用眼观察；②由于过热、损伤产生的异味①～②没有异常116绝缘电阻绝缘电阻表检查（全部端子与接地端子间）●拆下U、V、W相的连接线，包括电动机接线在内应在5MΩ以上2500V绝缘电阻表1179.5高压变频器预防性维护与更换很多人认为电力电子产品不需要特定的维护。但是根据北京利德华福电气技术有限公司多年的运行维护经验，经过数年后，设备的故障率是逐年上升的，这个周期一般为5～10年；故障的原因主要是部件的老化，但由于运行条件不良（例如较高的环境温度、湿度、污垢或重载运行），逐年累积的故障也呈上升趋势。因此，建议用户在设备投运一段周期后（3年以上），对于可能发生的故障的部件要进行预防性维护和更换（类似轿车的定期保养与更换），以避免意外停机的发生。118对高压变频器实施预防性维护与更换，可以带来如下好处；增加变频器的可靠性，优化维护成本和使维修费用最小化，延长变频器的使用寿命，减少意外停机带来的损失。建议除固定维护外，还要进行年度性的预防性维护，以确保变频器处于其整个寿命过程中的最优状态。1191.预防性维护常规的预防性维护项目如下：①高压变频器电气部分的可视检查及它的周围环境情况，对连接线的检测，及时纠正不良情况；②通信电缆和光纤的检测；③风机和冷却系统的功能检测；④对高压变频器进行例行维护、清洁；⑤紧急停止电路的检测；120⑥防止意外启动电路的检测（与高压开关柜的闭锁电路）；⑦故障进行记录的检测；⑧参数的检测和备份；⑨高压变频器在正常条件下的功能测试；⑩带电情况下的基本测量；11高压变频器备件库存检查；12备件模块电容器的激活；13软件的升级与备份。121设备运行年份01234567891011121314151617181920开始使用S2.预防性维护与更换预防性维护与更换的计划如表9-2所示。表9-2预防性维护与更换计划122|滤网RRRRRRRRRRRRRRRRRRR冷却风机TRTTRTTRTTRTTRTTRTT123器件老化UPS（不间断电源）TRTRTRTRTRTRTRTRTRTR电解电容TTTTTRTTTTTRTTTTTRTT控制电路板TTTTTTTRTTTTTTTRTTTT124辅助供电电源TTRTTRTTRTTRTTRTTRTT接线和设备环境光纤电缆TTTTTRTTTTTRTTTTTTTT电缆连接TTTTTTTTTTTTTTTTTTTT125D0~D7双向数据线,用以传送数据和控制字。

输入信号,低电平有效。读控制信号,低电平有效。写控制信号,低电平有效。126A0、A1为8253的内部计数器和一个控制寄存器的编码选择信号,其功能如下:A1A000可选择计数器001可选择计数器110可选择计数器211可选择控制寄存器

A0、A1与其他控制信号,如共同实现对8253的寻址。127CLK0~2是每个计数器的时钟输入端。计数器对此时钟信号进行计数。CLK最高频率可达2MHz。

GATE0~2门控信号,即计数器的控制输入信号,用来控制计数器的工作。

OUT0~2计数器输出信号,用来产生不同方式工作时的输出波形。1288253的工作方式8253共有6种工作方式；各方式下的工作状态不同；输出的波形也不同；其中比较灵活的是门控信号的作用。由此组成了8253丰富的工作方式、波形1298253内部3个相同的16位计数器，均能以6种方式工作方式0(计数结束产生中断)计数器对CLK输入信号进行减法计数,每一个时钟周期计数器减1设定该方式后，计数器的输出OUT变低设置装入计数值时也使输出OUT变低计数减到0时，输出OUT变高，该输出信号可作为中断请求信号使用130方式0(续)在计数过程中可以改变计数值，若是8位计数，则写入新值后的下一个脉冲按新值计数；若是16位计数，则在写入第一个字节后，停止计数，写入第二个字节后的下一个脉冲按新值计数。在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计数；131方式1(可编程单稳)计数值装入计数器后,要由门控信号GATE上升沿启动计数，计数器的OUT输出低电平计数结束时，计数器的OUT输出高电平由OUT端得到从GATE上升沿开始，直到计数结束时的负脉冲若要再次获得所需宽度的负脉冲，可用GATE上升沿重新触发一次计数器132方式1(续)若在形成单个负脉冲的过程中改变计数值不会影响正在进行的计数。新的计数值只有在前面的负脉冲形成后,又出现GATE上升沿才起作用若在形成单个负脉冲的过程中又出现GATE上升沿，则当前计数停止，后面的计数以新装入的计数值开始工作，所得到的负脉冲的宽度将包括前面未未计完的部分133方式2(频率发生器)计数器装入初值，开始工作后,计数器的输出OUT将连续输出一个时钟周期宽的负脉冲，两负脉冲之间的时钟周期数就是计数器装入的计数初值GATE用做控制信号，当其为低电平时，强迫OUT输出高电平。当其为高时，分频继续进行计数周期应包括负脉冲所占的那一个时钟周期，即计数减到1时开始送出负脉冲计数过程中，若改变计数值，则不影响当前的计数过程，而在下一次分频时，采用新的计数值134方式3(方波发生器)这种方式可以从OUT得到对称的方波输出。当计数值N为偶数时，则前N/2计数过程中，OUT为高，后N/2计数过程中，OUT为低；当计数值N为奇数时，则前(N+1)/2计数过程中，OUT为高，后(N-1)/2计数过程中，OUT为低；GATE为低电平时，强迫OUT输出高电平；当GATE为高电平时，OUT输出对称方波产生方波过程中，若装入新的计数值，则方波的下一个电平将反映新计数值所规定的方波宽度135方式4(软件触发选通)设置此方式后,输出OUT立即变为高电平。一旦装入计数值,计数立即开始。计数结束时，OUT输出一个宽度为一个时钟周期的负脉冲，计数开始时刻不受GATE控制GATE为高电平时，计数才进行，GATE为低电平时，禁止计数若在计数过程中装入新的计数值，计数器从下一个时钟周期开始以新的计数值进行计数136方式5(硬件触发选通)设置此方式后,OUT输出为高电平。GATE的上升沿使计数开始。当计数结束时由输出端OUT送出一宽度为一个时钟周期的负脉冲在此方式下,GATE电平的高低不影响计数,计数由GATE的上升沿启动若在计数结束前,又出现GATE上升沿,则计数从头开始137

从8253的6种工作方式中可以看到门控信号GATE十分重要,而且对不同的工作方式,其作用不一样。现将各种方式下,GATE的作用列于表6.4中。138表6.4GATE信号功能表1398253的控制字8253有一个8位的控制字寄存器，其格式如下：

1406.5.48253的寻址及连接

1.寻址

8253占用4个接口地址,地址由、A0、A1来确定。

141当对8253的计数器进行读操作时,可以读出计数值,具体实现方法有如下两种:①使计数器停止计数时,先写入控制字,规定好RL1和RL0的状态——也就是规定读一个字节还是读两个字节。②在计数过程中读计数值。这时读出当前的计数值并不影响计数器的工作。由于计数值是16位的，而读取的瞬时值，要分两次读取，故读取计数值之前，要用锁存命令，将相应通道的计数值锁存在锁存器中，然后分两次读入，先读低字节，后读高字节。当控制字中，D5、D4=00时，控制字的作用是将相应通道的计数值锁存的命令，锁存计数值在读取完成之后，自动解锁。

1422.连接为了用好8253,读者必须能熟练地将它连接到系统总线上。图6.35就是8253与8088系统总线连接的例子。

在图6.35中,主要解决了8253与8088总线的连接。通过译码器,使8253占FF04H~FF07H四个接口地址。假如在连接中采用了部分地址译码方式,使A0不参加译码,则8253的每一个计数器和控制寄存器分别占用两个接口地址。143图6.358253与8088系统总线的连接144图6.36PC机中8253的连接简图1458253的初始化编程

要使用8253，必须首先进行初始化编程，初始化编程包括设置通道控制字和送通道计数初值两个方面，控制字写入8253的控制字寄存器，而初始值则写入相应通道的计数寄存器中。

1468253的初始化编程初始化编程包括如下步骤：(1)写入通道控制字，规定通道的工作方式(2)写入计数值，若规定只写低8位，则高8位自动置0，若规定只写高8位，则低8位自动置0。若为16位计数值则分两次写入，先写低8位，后写高8位。

D0：用于确定计数数制，0，二进制；1，BCD码

147

有两种初始化顺序：①逐个对计数器进行初始化。

图6.37一个计数器的初始化顺序148摘录该段程序如下:MOVAL,36H;计数器0,双字节,;方式3,十六进制计数OUT43H,AL;写入控制寄存器MOVAL,0OUT40H,AL;写低字节OUT40H,AL;写高字节

149图6.38另一种初始化编程顺序②先写所有计数器的方式字,再装入各计数器的计数值,如图6.38所示。

150

由于规定工作在方式3,在OUT0输出端可以获得对称方波。下面是对计数器1的初始化程序:MOVAL,54H;计数器1,只写低字节,方式2,二进制计数

OUT43H,AL;写入控制寄存器

MOVAL,18;将低字节计数值18写入计数器1OUT41H,AL151下面是对计数器2的初始化程序:MOVAL,0B6H;选择计数器2,写双字节,方式3,二进制计数

OUT43H,AL;装入控制寄存器

MOVAX,533HOUT42H,AL;送低字节

MOVAL,AHOUT42H,AL;装入高字节152

下面我们以图6.35所示的连接图为例,写出8253的初始化程序。请读者分析此程序的初始化顺序以及各计数器的工作方式。

SET8253:MOVDX,0FF07HMOVAL,36HOUTDX,ALMOVAL,71HOUT