摘要 介紹了變頻器的常見故障和維修方法,并簡述了其故障產(chǎn)生的原因及防治對策。 關(guān)鍵字 變頻器；故障分析；維護(hù) Abstract Inverter introduced common faults and maintenance methods, and outlined the reasons for its failure and countermeasures. Keywords Inverters, failure analysis; maintenance 0 引言 隨著工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，變頻器的應(yīng)用已深入到各行各業(yè)，變頻器技術(shù)也日趨完善和成熟，其功能越來越強(qiáng)大，可靠性不斷提高。但是如果使用不當(dāng)，操作有誤，維護(hù)不及時(shí)，仍會(huì)發(fā)生故障或停運(yùn)狀況，以致縮短設(shè)備的使用壽命。通常，變頻器在正常使用5～8 年后，就進(jìn)入了故障的高發(fā)期，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)元器件燒壞，保護(hù)環(huán)節(jié)頻繁動(dòng)作等故障，嚴(yán)重影響其正常工作。因此，日常維護(hù)與檢修工作顯得尤為重要。 1 變頻器的常見故障及維修對策 1.1 變頻器整流模塊損壞 變頻器整流模塊的損壞是變頻器的常見故障之一，早期生產(chǎn)的變頻器整流模塊均采用二極管，目前，大部分整流模塊則采用晶閘管。中大功率普通變頻器整流模塊一般為三相全波整流，整流器件易過熱，也易被擊穿，當(dāng)其損壞后伴隨著快速熔斷器熔斷,整機(jī)停機(jī)。在更換整流模塊時(shí)，要求其在與散熱片接觸的面上均勻地涂上一層傳熱性能良好的硅脂，再緊固安裝螺絲。如果沒有同型號(hào)整流模塊時(shí)，可用同容量的其他類型的整流模塊代替。如富士G7S使用了帶晶閘管保護(hù)的整流模塊，它與普通整流模塊的區(qū)別就在于它用晶閘管替代了主回路接觸器，提高了變頻器的可靠性。富士G9S小功率變頻器整流模塊則是集成晶閘管與開關(guān)管于一體。整流模塊的損壞常與機(jī)器外部電源有密切關(guān)系，所以當(dāng)整流模塊發(fā)生故障后，不能再盲目上電，應(yīng)先檢查外圍設(shè)備。 1.2 變頻器充電電路故障 通用變頻器一般為電壓型變頻器，采用交—直—交工作方式，由于直流側(cè)的平波電容容量較大，在變頻器接入電源的一瞬間充電電流很大，可能導(dǎo)致電源開關(guān)跳閘，為此在充電回路中設(shè)置一個(gè)起動(dòng)電阻來限制充電電流，而在充電完成后，控制電路通過接觸器的觸點(diǎn)或晶閘管將電阻短路。充電電路故障一般表現(xiàn)為起動(dòng)電阻被燒壞，變頻器報(bào)警顯示為直流母線電壓故障。當(dāng)變頻器的交流輸入電源頻繁通斷時(shí)，或者短路接觸器的觸點(diǎn)接觸不良或晶閘管的導(dǎo)通阻值變大時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)電阻被燒壞。如遇這種情況，可購買同規(guī)格的電阻更換。同時(shí)必須找出燒壞電阻的原因，如果故障是由輸入電源頻繁通斷引起的，必須消除這種現(xiàn)象，如果故障是由短路接觸器觸點(diǎn)或短路晶閘管引起，則必須更換這些元器件，才能再將變頻器投入使用。 1.3 變頻器顯示過流 1）系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流，原因大致來自以下幾方面： （1）電動(dòng)機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象時(shí)引起電動(dòng)機(jī)電流的突然增加； （2）變頻器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等； （3）變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一個(gè)橋臂的上、下兩個(gè)器件發(fā)生“直通”，使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路狀態(tài)。 2）負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)間又設(shè)定得太短，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果使升速電流太大。 3）負(fù)載的慣性較大，/F5+而降速時(shí)間設(shè)定得太短時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，結(jié)果使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。 針對上述故障現(xiàn)象主要檢查以下幾個(gè)方面： 1）工作機(jī)械有沒有被卡住； 2）用兆歐表檢查負(fù)載側(cè)短路點(diǎn)； 3）變頻器功率模塊有沒有損壞； 4）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否過小，使拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來； 5）升速時(shí)間設(shè)定是否太短； 6）減速時(shí)間設(shè)定是否太短； 7）轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償（v/f 比）設(shè)定是否太大，引起低頻時(shí)空載電流過大； 8）電子熱繼電器整定是否不當(dāng)，動(dòng)作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動(dòng)作。 如果不是這些問題引起，可以斷開輸出側(cè)的電流互感器和直流側(cè)的霍爾電流傳感器，復(fù)位后運(yùn)行，看是否還出現(xiàn)過流現(xiàn)象，因?yàn)闄z測電流的霍爾傳感器受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響，工作點(diǎn)很容易發(fā)生漂移，導(dǎo)致過流。如果還出現(xiàn)的話，很有可能是1PM 模塊出現(xiàn)故障，因?yàn)?PM 模塊內(nèi)含有過壓、過流、欠壓、過載、過熱、缺相、短路等保護(hù)功能，更換同型號(hào)模塊應(yīng)該就能解決。 1.4 變頻器過壓欠壓保護(hù)動(dòng)作 變頻器出現(xiàn)過壓欠壓保護(hù)動(dòng)作，大多是由電網(wǎng)電壓的波動(dòng)引起的。在變頻器供電回路中，若存在大負(fù)荷電機(jī)的直接啟動(dòng)或停車，會(huì)引起電網(wǎng)電壓瞬間大范圍波動(dòng)，導(dǎo)致變頻器過壓欠壓保護(hù)動(dòng)作，而不能正常工作。這種情況一般不會(huì)持續(xù)太久，電網(wǎng)電壓波動(dòng)過后即可正常運(yùn)行。這種情況只有增大供電變壓器容量，改善電網(wǎng)質(zhì)量才能避免。 另外，變頻器出現(xiàn)過壓故障還可能是由于變頻器驅(qū)動(dòng)大慣性負(fù)載，因?yàn)樵谶@種情況下，變頻器的減速停止屬于再生制動(dòng)，在停止過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降，而負(fù)載電機(jī)的頻率高于變頻器的輸出頻率，負(fù)載電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并被變頻器直流側(cè)的平波電容吸收，當(dāng)這種能量足夠大時(shí)，變頻器直流側(cè)的電壓就會(huì)超過直流母線的過電壓保護(hù)整定值而跳閘。對于這種故障，一是將減速時(shí)間參數(shù)設(shè)置長一些，或增大制動(dòng)電阻，或增加制動(dòng)單元；二是將變頻器的停止方式設(shè)置為自由停車。 另一種情況是變頻器整流部分損壞或檢測電路損壞而引起故障報(bào)警，電壓檢測一般都是通過對直流母線電壓采樣，然后與過電壓保護(hù)整定值進(jìn)行比較，再將比較差值傳送到微控制器。如果整流橋、濾波電容、采樣電路或比較電路中任一器件出現(xiàn)問題，都會(huì)出現(xiàn)這種報(bào)警。如一臺(tái)丹佛斯VLT5004變頻器，上電顯示正常，但是加負(fù)載后顯示“DC LINK UNDERVOLT”（直流回路電壓低）。從現(xiàn)象上看比較特別，但是仔細(xì)分析一下，問題也就不是那么復(fù)雜了，該變頻器同樣也是通過充電回路，接觸器來完成充電過程的，上電時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，估計(jì)是加負(fù)載時(shí)直流回路的電壓下降引起的故障，而直流回路的電壓又是通過整流橋全波整流, 然后由電容平波后提供的，所以應(yīng)著重檢查整流橋。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)該整流橋有一路橋臂開路，更換新品后問題解決。 1.5 驅(qū)動(dòng)電路故障 變頻器的逆變驅(qū)動(dòng)電路也容易發(fā)生故障。一般有明顯的損害痕跡，諸如元器件（電容、電阻、二極管及印刷板等）爆裂、變色、斷線等異常現(xiàn)象，但不會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路全部損害的情況。處理方法一般是按照原理圖，每組驅(qū)動(dòng)電路逐級尋找故障點(diǎn)。處理時(shí)首先對整塊電路板清灰除污，如發(fā)現(xiàn)電路斷線，則進(jìn)行補(bǔ)線處理；查出損壞的元器件即更換；根據(jù)筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，對懷疑的元器件，進(jìn)行測量、對比、替代等方法判斷，有的元器件需要離線測定。驅(qū)動(dòng)電路修復(fù)后,應(yīng)用示波器觀察各組驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的輸出波形，如果三相脈沖大小、相位不相等，則驅(qū)動(dòng)電路仍然有異常（更換的元器件參數(shù)不匹配，也會(huì)引起這類現(xiàn)象），應(yīng)重復(fù)檢查處理。大功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路的損壞也是導(dǎo)致過流保護(hù)動(dòng)作的原因之一。驅(qū)動(dòng)電路損壞表現(xiàn)出來最常見的現(xiàn)象是缺相，三相輸出電壓不相等，三相電流不平衡等特征。如一臺(tái)丹佛斯VLT5062變頻器，上電顯示正常，但是測量三相輸出電壓不平衡，帶上電機(jī)后報(bào)警“MISSING MOT，PHASE W”（電機(jī)W相缺失）。經(jīng)檢查驅(qū)動(dòng)電路W相的逆變驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路沒有輸出波形，修復(fù)W相驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路后，變頻器工作正常。 1.6 電機(jī)發(fā)熱變頻器顯示過載 對于已經(jīng)投入運(yùn)行的變頻器如果出現(xiàn)這種故障，就必須檢查負(fù)載的狀況。對于新安裝的變頻器如果出現(xiàn)這種故障，很有可能是v/f 曲線設(shè)置不當(dāng)或電機(jī)參數(shù)設(shè)置有問題。如一臺(tái)新裝變頻器，驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)，額定參數(shù)為220 V/50 Hz，而變頻器出廠時(shí)設(shè)置參數(shù)為380 V/50 Hz。由于安裝人員沒有正確設(shè)定變頻器的v/f參數(shù)，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磁飽和，致使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，過載而發(fā)熱。所以在新變頻器使用之前，必須設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)。另外，使用變頻器的無速度傳感器矢量控制方式時(shí)，若沒有正確設(shè)置負(fù)載電機(jī)的額定電壓、電流、容量等參數(shù)，也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過載發(fā)熱。還有一種情形是設(shè)置的變頻器載波頻率過高時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生過載發(fā)熱。最后一種情況是變頻器經(jīng)常處于低頻段工作，使電機(jī)長時(shí)間在低頻段工作，電機(jī)散熱效果又不好，致使電機(jī)工作一段時(shí)間后過載發(fā)熱，對于這種情況，需加裝散熱裝置。如一臺(tái)ABB ACS500 22 kW變頻器客戶反映，變頻器在運(yùn)行半小時(shí)左右顯示“OH”（過熱）。因?yàn)槭窃谶\(yùn)行一段時(shí)間后才有故障，經(jīng)分析認(rèn)為溫度傳感器壞的可能性不大，可能變頻器的溫度確實(shí)太高。經(jīng)再通電觀察，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，防護(hù)罩里面塞滿了很多棉絮（因該變頻器用在紡織行業(yè)），經(jīng)打掃后開機(jī)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，運(yùn)行數(shù)小時(shí)后，變頻器再?zèng)]出現(xiàn)該故障。 2 結(jié)束語 在變頻器的使用過程中, 肯定會(huì)碰到這樣那樣的問題，只要運(yùn)行和維修人員掌握了變頻器的基本工作原理，善于在運(yùn)行實(shí)踐中不斷總結(jié)使用變頻器的經(jīng)驗(yàn)，則問題總是會(huì)得到解決的。 參考文獻(xiàn) 1. 西門子變頻器手冊 2. 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 李發(fā)海 主編 清華大學(xué)出版社 作者簡介 馮永敏 男 大專 1977年出生，助理工程師，多年從事電氣檢修工作，現(xiàn)為公司電氣檢修班長。 楊文濤 男 本科 1975年出生，工程師，多年從事電氣控制、計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化的程序設(shè)計(jì)、維護(hù)工作，現(xiàn)為公司生產(chǎn)技術(shù)科長。 楊文濤 作者單位：河南省商丘市鑫順實(shí)業(yè)有限公司 通訊地址：河南省商丘市隴海南路55號(hào)鑫順實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)科 郵政編碼： 476000 電話 0370-2331079 電子郵箱：wentaoywt@sina.com