石家庄石一泵业 变频器的故障分析
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石家庄石一泵业 变频器的故障分析

变频器的故障有些是有共性的。如过电流、过载、接地、过电压、欠电压、过热、电磁干

扰、通信故障、参数设置、硬件故障、停机不报警等

下图是一张比较通用的低压变频器的功能框图,它将变频器的基本功能都表现在功能框图上。

一、通过修改参数码排除故障

当变频器工作中出现了故障跳闸,同时要伴随着故障报警。操作面板上的显示屏同时显示出故障代码,根据故障代码,可确定故障的类别。参考变频器使用说明书,通过修改参数码,可排除故障。

参数设置

变频器操作面板是最重要的人机操作界面,它不仅能够实现参数的输入功能,还能实现频率、电流、转速、线速度、输出功率、输出转矩、端子状态、闭环参数、长度等物理量的监控,以及对这些物理量进行存储与修改。通过变频器的故障报警显示,对上述物理量进行适当修改,排除变频器的有关故障。下图所示为三菱和艾默生变频器的操作面板。

变频器过电流故障

1.变频器起动过电流跳闸

1)负载惯性大引起过电流跳闸

因为负载的惯性较大,变频器的加速时间设置的较短,电动机的转速跟不上变频器的输出频率,造成n增大过电流跳闸。

(1)启动现象。该种跳闸的现象是变频器的输出频率可以上升到额定△n以上,随后就过电流跳闸。

(2)解决方法。增加变频器的加速时间。如下图所示。

2)负载重引起过电流跳闸

(1)启动现象。在启动时,当变频器的输出频率上升到电动机的额定△n时,电动机转子有额定转矩TL,如此时电动机的负载重,电动机不能转动,则

Δn↑→ TM↑→I1↑→I1IM (跳闸)

式中I1是电动机的定子电流,IM是变频器的过电流保护值。

负载惯性大和负载重引起启动过电流都有一个输出频率从0上升到Δn的过程,这是起动过电流和负载短路过电流的区别。

(2)排除方法。设置低频转矩提升,如下图所示。在设置转矩提升时要注意不要修改变频器的基准频率fb

3)频率上升到一定值过电流跳闸

(1)过电流现象。因为负载偏心和有降速装置,当负载转到偏心造成的附加转矩最大时,变频器的电流也达到最大值,此时变频器的输出频率上升到一定值,因电流超过了变频器过电流值而跳闸。

(2)解决方法。设置低频转矩补偿,提高起动转矩。

电动机出现了匝间轻微短路也会在频率上升到十几Hz时过电流跳闸,但这种跳闸因为不是在调试中发生,所以比较好区别。

4)起动过电流跳闸和其他跳闸的区别

起动过电流跳闸一般发生在变频器安装完毕,初始调试的过程中。当变频器进入日后正常工作状态,起动跳闸现象不会再发生。如果在日后出现了起动过电流跳闸现象,就要格外加以关注,因为负载短路也会造成起动过电流跳闸,负载短路会烧变频器模块,千万不能复位屡试。起动跳闸变频器的输出频率有一个从0上升到Δn的过程,而负载短路跳闸起机就跳,这是区分起动跳闸和短路跳闸的界线。

2.冲击性负载引起过电流跳闸

1)故障原因

负载不稳定,忽大忽小,即冲击性负载。当负载大于了变频器的最大过电流电流值,变频器过电流跳闸。

2)故障排除

①偶尔过电流跳闸。因为冲击负载,造成变频器偶尔过电流跳闸,如果对工作没有太大影响,可以复位继续应用。如果任何跳闸都会对工作造成重大影响,就要考虑更换变频器。

②变频器过电流跳闸较频繁,电动机的转速又较低时,可以考虑增加一级减速器,利用提高转速的方法减小电动机电流。如果没法增加减速器,就要考虑更换高一级功率档次的变频器。该种跳闸的根源是变频器的容量选的小,满足不了冲击负载的要求,如下图所示。

③如果是人工喂料负载,控制喂料量,减小电动机的工作电流。如轧钢机、提升机、矿井绞车、搅拌机、输送带等。

3.变频器参数设置不当或失控过电流

1)过电流原因

变频器参数设置不合理,如频率控制特性线的“正向频率偏置”设置的较大造成过电流;变频器PID控制反馈信号丢失,速度突然上升造成过电流;PID参数设置不合适,电动机升速时造成过电流跳闸;矢量控制中因电动机参数预置或自扫描不正确(变频器工作中进行的自扫描)造成过电流跳闸;矢量控制PI参数设置不合适,提速太快引起过电流跳闸;PG编码器损坏,造成变频器过电流跳闸等。

2)解决方法

一般参数设置不合理过电流跳闸,多发生在变频器的初始调试或修改参数时,当变频器进入正常工作,这一类跳闸较少发生。PID或矢量控制,当一向工作正常,某日出现过电流跳闸,除了检查负载之外,要检查变频器的反馈环节,传感器、PG编码器是否正常,有故障要进行更换。

4。负载不正常造成过电流

1)过电流原因

抱闸系统的松闸抱闸时间选择不合适,造成变频器过电流跳闸;负载发生变化,机械系统卡住,管道堵塞,风道突然落尘等造成过电流跳闸。

2)解决方法

抱闸系统过电流跳闸一般在系统投入工作时就会发生,是松闸抱闸时间延迟造成的。可按电动机的额定转速差计算松闸抱闸时间,也可设置变频器的限流参数,将限流参数的限流值设置在允许的范围内。

负载故障具有突发性,负载一向工作是正常的,只是当出现了故障才表现为变频器过电流跳闸。要检查排除机械故障,疏通风道,更换老化管道等加以解决。

5。外电路短路造成过电流跳闸

1)故障原因

电动机绕组短路、接线短路、接线端子短路等引起的过电流,是最危险的一种过电流。过电流的特征是:该过电流不存在Δn的上升时间,变频器运行就过电流跳闸。

2)过电流物理现象分析

因为电动机已经短路,变频器驱动的负载就没有了电动机的特性,不存在电动机的频率上升时间,运行就过电流。

短路过电流时电流的陡度di/dt很大,而开关器件的导通规律是先一点导通,逐渐向整个导通面扩大(如下图所示)。因突然很大的短路电流会造成热量集中,在保护电路还来不及保护时导通点已经过热击穿损坏。所以负载短路造成开关模块损坏的概率非常高。

3)负载短路的预防

电动机出现短路故障多出现在应用时间较长的老电动机及工作环境比较潮湿的场合。电缆短路多出现在经常移动的场合,防护层出现硬伤使绝缘程度下降,进水氧化等。接线端子短路多出现在工作环境恶劣、多金属粉尘、金属切削的场合。在这些环境中要经常对强电环节进行维护。

因为负载短路具有突发性,当变频器一向工作良好,突然报过电流跳闸,要警惕是否负载短路造成的,不要轻易复位重试,要查清情况,防止盲目复位重试损坏变频器。

6.变频器内部电路器件损坏过电流跳闸

1)驱动信号畸变造成变频器输出过电流跳闸

变频器的驱动信号畸变,使输出脉冲宽度发生变化,造成输出电流增大跳闸。其特点为:变频器过电流跳闸后能复位,复位后可重新起动。

该现象多出现在工作时间较长的旧变频器,一般是因为驱动电路中的电解电容失效造成的。解决方法是更换驱动电路中的电解电容器。

2)模块损坏过电流

特征为:一上电就跳闸,一般不能复位。主要原因是模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。电流检测电路坏变频器并不过电流,是检测电路坏出现的误报。变频器内部损坏一般不能复位,这是和外部损坏的根本区别。

故障案例

案例:变频器过流跳闸

故障现象:

一金属加工企业变频器改造项目,用一台75KW变频器拖动一台75KW电动机。变频器一运行就跳“OC”,不能工作。

故障检查:

根据变频器跳OC现象分析,因为是空载起动,不像是起动过电流,怀疑电动机有问题。将电动机接线断开,重新起动,变频器工作正常。测量电动机绕组电阻,没有短路现象。将电动机接到工频电路,工作正常。后将电动机又接回变频器,仍然跳OC。

故障原因分析:

将电动机分解,发现电动机绕组有短路烧痕,判断为电动机匝间短路。因为电动机为工作多年的老电机,绝缘程度大大下降,变频器的输出波形又为PWM波,造成电动机匝间局部短路。重新换一台电动机,故障排除。

在设备改造时,要注意老电动机的绝缘是否下降,如不能适应变频器的要求,就要采用变频器专用电动机或新电机。

案例:电动机过流

案例现象:某水务局一台变频水泵,当变频器输出频率达到16Hz时变频器过流跳闸。

案例分析:因为变频器驱动的是水泵,水泵按平方率特性曲线输出,不会在某频率出现过载情况。那么变频器过流另有原因。断开电动机,空载运行正常(该变频器可以空载运行),再接入电动机,仍然在16Hz左右出现过流跳闸。换一台电动机,运行正常,说明过流是电动机故障。

案例处理:分解电动机,发现电动机绕组有短路现象。原来变频器的输出频率上升时,电压也在上升,当电压上升到匝间击穿电压时,变频器过流跳闸。

案例:换热加泵时变频器过流

某用户用一台西门子MM440系列22KW变频器来控制纺织车间集中供热换热系统(如图所示),在停机加泵时总是出现F001过流故障。

案例分析:

用户现场检查参数发现,变频器的停车方式为OFF1(即变频器按照选定的斜坡下降速率减速并停止),这也就意味着变频器在从运行频率减速到0Hz过程中,始终是有电流输出的,并因负载过重而过流跳闸。

故障排除:

因为是停车阶段过流,可采用两种方法解决,一种是加长变频器的减速时间;一种是将变频器设置为自由停车。本例为将变频器修改为自由停车。

将命令数据组参数 P0701=1修改为P0701=3,当停车命令到来,变频器输出为零,电动机自由停车。

变频器过载的几种现象

1。电动机工作过载

变频器设置了电动机的电子热继电器,或将电动机的额定电流预置到变频器,当机械负载过重电动机过载。此时变频器过载报的是电动机。

电动机出现了过载跳闸,首先电动机发热,用手触及电动机的外壳,明显发;在变频器显示屏上读取运行电流,与电动机的额定电流进行比较,明显偏大。

电动机出现负载过重的原因有:

(1)在人工喂料的负载系统中,控制喂料量,使电动机工作在额定状态。如搅拌机、打浆机、提升机等。

(2)在非人工喂料的系统中,负载的大小不可控,负载加大产生过载跳闸。解决的方法为:如果是电动机采用降速传动,并且电动机的工作速度较低,可考虑适当加大减速箱的传动比,以减轻电动机轴上的输出转矩。如果传动比无法加大,则应加大电动机的容量,否则长期过载要烧坏电动机。如果是变频器和电动机的容量选择相同,电动机直接传动,如泥浆泵、风机等,工作中出现过载,是变频器的电流容量选的小,应换为大一级功率档次的变频器。

2.变频器参数设置不合理

电动机的电子热继电器电流设置的小于电动机的额定电流,电动机实际上没有过载,变频器达到了设定的电流值,变频器过载跳闸。这种情况可以重新设置过载电流,将过载电流设置的高一些(一般设定电流为电动机额定电流的105%~110%)。

3。变频器没有报过载,但电动机过载烧毁

该种现象是变频器的容量比电动机的容量选择的大,而变频器的过载电流没有改动,还是原来的默认值,当电动机过载时变频器不跳闸,时间一长将电动机烧毁。

4.负载异常或变频器异常引起过载跳闸

(1)三相电压不平衡过载跳闸。变频器内部开关电路异常,如断相、输出电压不平衡引起相的运行电流过大,导致过载跳闸。简单有效的方法是用交流电压表测量变频器的三相输出电压,以判断变频器是否缺相或电压不平衡。电压不平衡大部分是变频器出现了问题。

(2)误动作。如果电动机的发热量并不大,但变频器的检测电流偏大,导致变频器过载跳闸,是变频器的检测电路误动作。这种情况原则上要进行变频器过载保护电路的维修。

变频器接地故障

1。接地漏电流大

变频器在工作中,由于其输出电缆的屏蔽层和电动机的外壳接地,当因为分布参数的电抗小出现了接地漏电流,当漏电流超过了变频器的允许值,变频器接地故障。

(1)绝缘不良出现漏电流。变频器、电缆、电动机的绝缘不良,绝缘电阻下降造成漏电流上升。下图是电缆的分布参数引起的漏电流。

(2)电缆线太长,分布电抗下降,漏电流增加,造成变频器报接地故障。

2。实质性的接地故障

电缆对地短路、电动机绕组对地短路、逆变模块对地短路,都会造成接地故障,变频器报接地。输出端出现了接地短路故障,严重的用万用表的电阻档就可以测出,轻微的用500V绝缘电阻表测量。

欠电压故障分析

1.断相分析

1)输入三相电源缺相。变频器输入的为三相380V交流电压,通过三相整流桥整流,直流母线上得到515V的直流平均电压。通过滤波电容滤波,在空载时直流母线电压可达到540V左右。变频器满载工作时,直流母线电压在500V左右。如果有一相断路或整流半桥的整流二极管坏,电路变为单相整流,变频器便发生缺相故障。缺相时整流电压如下图所示,本来三相整流时在一个周期内有6个小波峰,缺相时在一个周期内变为了2个波峰,在波峰之间没有整流电压,通过滤波电容放电将其补平。空载时直流母线电压很高(可达500V以上),但负载时因为电容滤波能力有限,直流母线电压会随着变频器输出频率的上升,迅速下降。当变频器输出频率上升到十几Hz,变频器跳欠电压故障。

2)变频器整流模块断相。如果变频器内部的整流模块有一个桥臂损坏,变频器也会出现断相故障。在下图中,如果VD1VD2损坏,和R相断相的故障表现是一样的。所以变频器报断相故障,我们首先要测量三相电源是否断相,如果电源正常,就要检查整流模块。

2.欠电压分析

欠电压是指变频器的直流母线电压低于了下限电压值,变频器报欠电压故障。变频器报欠电压也分外电路欠电压和变频器内部电路损坏欠电压。

三相电源欠电压主要是因为电压低于下限值,220V系列低于200V,380V系列低于350V

变频器内部损坏造成的欠电压原因有:整流模块某一路损坏(VD1VD6),滤波电容容量不足;主回路继电器SL损坏或不闭合,导致直流母线始终串联RL限流电阻,导致直流母线电压低报欠电压。限流电阻断变频器直流母线没电压,变频器没有输出。再有就是电压检测电路发生故障变频器出现欠电压误报。

变频器无论出现断相还是欠电压报警跳闸,首先要检查三相输入电压是否正常,即先区别是电源问题还是变频器问题;然后再测量变频器的直流母线电压,分析问题出在那一块电路。测量时可以分为空载测量和负载测量,根据测量值,可作出以下判断:

如直流母线电压空载在500V以上,负载时在500V左右,整流滤波电路都没问题,问题出在检测电路(误报)。可以结合测量相同功率的变频器,进行比较,判断变频器是误报还是别的原因。

如空载正常(电压在500V以上),负载时电压明显下降,一直下降到报警跳闸,是整流模块损坏,造成内部断相。

如空载电压较低,负载电动机不转,电压下降到十几伏,是主继电器SL不闭合。

直流母线无电压,限流电阻断。

在大型企业,当有大型电器启动时,会造成电压的瞬时下降,当电压下降到变频器的欠电压保护值时,变频器便报欠电压跳闸。遇此情况,可设置瞬时停电再启动。

变频器的整流模块、滤波电容、限流电阻RL和主回路继电器SL等损坏,如有一定的电路维修经验,是可以自己维修的,因为这些器件在电路中的作用是独立的,和其他器件没有相关关系,把故障器件换掉变频器就可以正常工作。但整流二极管损坏和变频器工作过电流有关系,当整流二极管损坏,要检查一下主电路是否短路。

过电压故障分析

过压问题的提出

变频器过压是由电压输入端和电动机输出端的外电压超标造成的。电源超压多以雷击、电网故障、自备发电机电压超标等原因造成的。故障鉴定容易。

回馈电能造成的超压判断较困难。

1.输入电压高

输入电压高形成的过电压主要原因是三相电源故障或夏天雷击过电压。

变频器厂家在变频器设计时,因为不同的设计理念,有的对雷电反应灵敏度高,有的对雷电反应灵敏度低。对雷电反应灵敏度高的表现为在雷雨天气跳闸较频繁,影响正常生产;对雷电反应灵敏度低的则在一般雷雨天气不跳闸,对生产影响小,但会遭到雷击损坏。

解决雷击的方法可以在三相输入端安装避雷器或压敏电阻。避雷器或压敏电阻的电压等级为250V,安装在三条相线和接地端之间。下图是连接图。

案例1:变频器防雷

案例分析:

雷击分为直击雷和感应雷。直击雷是雷电直接落在雷击物上,产生的破坏最大;感应雷是雷电产生的电磁波在导体上产生的感应高压,使连接到导体上的电器过压而损坏。

在电网上,已经安装了多级避雷器,但前级雷电的残存电压或变频器附近的雷电感应电压仍然会对变频器造成破坏。

解决方案:

在变频器控制柜中安装进线避雷器。

进线避雷器可采用电源防雷模块,滑道安装,并联接地。该避雷器模块为间隙放电,冲击放电电流15kA(10/350μs) ,工作电压250V。也可以采用在电源线上并联压敏电阻防雷。

2.电动机回馈电能变频器过电压

电动机在工作中,如果出现了负负载,负载拉着电动机转动,转子的转速大于了定子旋转磁场的转速,电动机变为发电机,向变频器回馈电能。

电能回馈如下图所示,电动机发出的三相交流电通过二极管VD7VD12整流,加在直流母线上,使直流母线电压升高,当直流母线电压上升到760V以上,制动单元VTB导通,回馈电流通过制动电阻RB放电,将回馈电能消耗掉。因为电动机产生的回馈电能被制动电阻所消耗,电动机得到制动力矩而制动。

如果变频器没有加装制动电阻,当出现了回馈电能,会造成变频器过电压跳闸;变频器加装了制动电阻,因为制动电阻的制动能力不够,变频器也会过电压跳闸。

变频器在工作中报过电压的几种现象:

变频器停机时,设置了频率下降时间,因电动机的惯性大,转子的转速高于其定子旋转磁场的转速,电动机产生回馈电能,变频器过电压跳闸。如风机停机时过电压跳闸。

变频器闭环自动控制,如PID控制,矢量控制等,电动机的转速由控制信号自动控制,当控制信号下降太快,电动机出现回馈现象,变频器过电压跳闸。

变频器在工作中,因为负载具有冲击性,当瞬时出现负负载,电动机发电,造成变频器过电压跳闸。

升降设备,下降时负载超载,制动电阻不能将回馈电能完全消耗掉,变频器过电压跳闸。

变频器检测电路损坏,出现误报。

输出端过压

主要是电动机发电效应形成的过压。

由上图分析可知:

只要是电动机的转速大于变频器的输出转速,电动机就产生发电效应,给变频器充电。

 在工程上,变频器过压现象是复杂的,但我们循着电动机只要出现了发电效应,必然受到了外界能量干扰,只要找出外界对电动机的干扰,问题就解决了。

4。过压案例分析

案例2:

茶叶机变频器恒速运行过压

某茶叶厂使用两台三菱变频器FR-E540-2.2K-CH(2.2KW)变频器,控制两台6CBC型八角炒干机(如图所示),其中一台变频器一直运行良好,另一台变频器运行中偶尔出现EOV2恒速过压故障。后用户将此变频器功率换高一档为3.7KW,变频器仍然会出现EOV2故障。

案例分析:

茶叶机变频器恒速运行过压

由于变频器能在复位后正常运行,所以应重点检查变频器在运行中的电压变化情况。测量变频器FR-E540-2。2K-CH的直流母线电压UPN在恒速运行过程中电压偶尔有上升现象,当电压达到760V时变频器报EOV2(恒速过压故障),从此现象可以看出此台八角炒干机在恒速运行过程中,是由于机械部分重心不稳而出现再生回馈。

案例分析:

茶叶机变频器恒速运行过压

变频器上电后,重新修改以下参数:

Pr.30: 再生功能选择为“1”

该参数根据实际情况进行设定,即“0”为无能耗制动组件或外接制动单元的方式进行能耗制动,而“1”为有能耗制动组件。

 Pr.70:制动使用率为10%

制动使用率根据实际情况选择为10%。当Pr。30为“0”时,Pr。70没有显示,制动使用率固定在3%。另外,Pr。70必须设定在所使用的制动电阻发热功率内,否则会有过热的危险。

案例3:工频泵停机变频泵过压跳闸

某水务局一台100KW工频泵和一台160KW变频泵并联为市区供水,当100KW工频泵拉闸停机时,变频泵报过压跳闸。

案例分析:

工频泵工作时,水流在管道中高速流动,形成很大的惯性。当工频泵突然停止,管道中产生负压,形成空化现象,负压将水从变频泵中吸入,推动叶轮转动,使电动机的转速高于变频器的输出转速,电动机产生发电效应。

解决方案:在变频器上加装制动电阻。

变频器过热跳闸原因

1.变频器工作电流大

当变频器工作时工作电流超过了额定电流,模块的电损增加,温度上升,散热器的温度随之上升,变频器出现过热跳闸。

2.环境温度过高引起变频器过热

当环境温度超过40℃,变频器要降额使用,否则因为热量散不出去变频器报过热故障。

3.变频器散热不良

变频器因为应用时间较长,灰尘堵塞风道、散热风机运行缓慢等,造成变频器的散热能力下降,变频器报过热故障。

4。变频器的检测电路误报

变频器的温度检测传感器损坏,插头接触不良,检测信号处理电路故障、电磁干扰等都会造成变频器误报。

变频器通信控制故障分析

1。电缆阻抗引起电压衰减。

大家知道,通信电缆越长,电缆的阻抗越大,产生的电压衰减越大。当电压衰减到无效范围,通信便不能正常进行。所以通信电缆越短越好。

2.分布电容的积分效应影响通信速度。

通信信号在发出时是较理想的矩形波,通过屏蔽电缆传输,因为屏蔽电缆和信号线之间存在着分布电容,该电容和电缆的长度成正比,因为电容的充放电作用,使矩形波出现积分效应。电缆越长,波形畸变越严重,当波形畸变到系统不能识别时,通信便不能进行(如下图a所示),所以随着通信电缆的延长,通信速率要降低。下图b是低速率通信的情况,因为速率低,脉冲波形变宽,积分效应的影响减小,实际输出波形较好。通信波特率有 16MHz 4MHz 38。4kHz9.6kHz,根据应用的具体情况进行选择。

a)

b)

3.通信电缆连接不正确(包括接触不良)。

电路焊接不良,产生虚焊;电缆接触不良、连接不正确。这些虽然是最简单的问题,但也是最容易出现的问题。这些问题如果反映在初期,可以在调机时发现排除,如果虚焊或接触不良是在日后出现了氧化才表现出来,就会出现设备初期正常,应用了一段时间出现故障的现象。如果在安装或维修时AB线接反了,将导致01的信号是反的,也不能正常通信。

4。驻波影响。

当电缆线比较长时(>50m),工作中会产生驻波,驻波会造成通信中断。消除的方法是在通信线两端并联一个120Ω的匹配电阻。

5.接口转换器不匹配。

当网络中使用了接口转换器,例如,使用了RS-232/RS-485转换器,转换器的接线不对,使用电压不匹配,电源没有给上等,要按照电缆连接图仔细检查,或更换转换器测试。

6.编程问题。

在确保硬件连接没有问题的情况下,要检查程序是否有问题,包括通信参数的设置,通信功能块的使用,轮询程序等。可以通过功能块的返回信息判断错误原因,例如波特率设置错误,接收的缓冲区溢出,接收数据块设置过小,发送的数据长度为0等。

7.干扰问题。

这是最麻烦的问题,由于实际的现场环境比较复杂,不可避免地存在这样那样的干扰问题。前面分析了变频器受电磁干扰的情况,同样适应通信干扰的分析。在工作现场,一些大型设备起动停机时,也会产生很大的瞬间感应信号,造成通信中断。

停机不报警原因和检查思路

1。电磁干扰

当变频器受到了较强的电磁干扰,也会出现无故停机现象。该现象一般出现在变频器安装完毕调机时,也会出现在变频器工作年限较长,屏蔽线老化、接地体锈蚀等情况。

2.逆变电路不工作

多发生在逆变开关管为一体化模块的小功率变频器,当模块的直流母线电压出现问题,开关管没电,变频器没有输出,表现为其他都正常,变频器没有输出。

3.无故停机检查思路

根据上述分析,当变频器出现了不报警停机现象(突然停机、间歇停机、偷停等),首先检查变频器的控制电路。由输入控制端子控制的检查输入控制端子,由通信控制的检查通信电路,由操作面板控制检查操作面板。查不出问题再进一步检查指示电路、电磁干扰、功率输出电路等。

 

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