摘要 介紹了變頻器的常見故障和維修方法,并簡述了其故障產生的原因及防治對策。 關鍵字 變頻器；故障分析；維護 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 隨著工業企業自動化的不斷發展，變頻器的應用已深入到各行各業，變頻器技術也日趨完善和成熟，其功能越來越強大，可靠性不斷提高。但是如果使用不當，操作有誤，維護不及時，仍會發生故障或停運狀況，以致縮短設備的使用壽命。通常，變頻器在正常使用5～8 年后，就進入了故障的高發期，經常會出現元器件燒壞，保護環節頻繁動作等故障，嚴重影響其正常工作。因此，日常維護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，當其損壞后伴隨著快速熔斷器熔斷,整機停機。在更換整流模塊時，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。如果沒有同型號整流模塊時，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的整流模塊，它與普通整流模塊的區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管于一體。整流模塊的損壞常與機器外部電源有密切關系，所以當整流模塊發生故障后，不能再盲目上電，應先檢查外圍設備。 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，可能導致電源開關跳閘，為此在充電回路中設置一個起動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或晶閘管將電阻短路。充電電路故障一般表現為起動電阻被燒壞，變頻器報警顯示為直流母線電壓故障。當變頻器的交流輸入電源頻繁通斷時，或者短路接觸器的觸點接觸不良或晶閘管的導通阻值變大時，都會導致起動電阻被燒壞。如遇這種情況，可購買同規格的電阻更換。同時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，必須消除這種現象，如果故障是由短路接觸器觸點或短路晶閘管引起，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）系統在工作過程中出現過電流，原因大致來自以下幾方面： （1）電動機遇到沖擊負載或傳動機構出現“卡住”現象時引起電動機電流的突然增加； （2）變頻器的輸出側短路，如輸出端到電動機之間的連接線發生相互短路，或電動機內部發生短路等； （3）變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一個橋臂的上、下兩個器件發生“直通”，使直流電壓的正、負極間處于短路狀態。 2）負載的慣性較大，而升速時間又設定得太短，電動機轉子的轉速因負載慣性較大而跟不上去，結果使升速電流太大。 3）負載的慣性較大，/F5+而降速時間設定得太短時，電動機轉子因負載的慣性大，仍維持較高的轉速，結果使轉子繞組切割磁力線的速度太大而產生過電流。 針對上述故障現象主要檢查以下幾個方面： 1）工作機械有沒有被卡住； 2）用兆歐表檢查負載側短路點； 3）變頻器功率模塊有沒有損壞； 4）電動機的起動轉矩是否過小，使拖動系統轉不起來； 5）升速時間設定是否太短； 6）減速時間設定是否太短； 7）轉矩補償（v/f 比）設定是否太大，引起低頻時空載電流過大； 8）電子熱繼電器整定是否不當，動作電流設定得太小，引起變頻器誤動作。 如果不是這些問題引起，可以斷開輸出側的電流互感器和直流側的霍爾電流傳感器，復位后運行，看是否還出現過流現象，因為檢測電流的霍爾傳感器受溫度、濕度等環境因素的影響，工作點很容易發生漂移，導致過流。如果還出現的話，很有可能是1PM 模塊出現故障，因為1PM 模塊內含有過壓、過流、欠壓、過載、過熱、缺相、短路等保護功能，更換同型號模塊應該就能解決。 1.4 變頻器過壓欠壓保護動作 變頻器出現過壓欠壓保護動作，大多是由電網電壓的波動引起的。在變頻器供電回路中，若存在大負荷電機的直接啟動或停車，會引起電網電壓瞬間大范圍波動，導致變頻器過壓欠壓保護動作，而不能正常工作。這種情況一般不會持續太久，電網電壓波動過后即可正常運行。這種情況只有增大供電變壓器容量，改善電網質量才能避免。 另外，變頻器出現過壓故障還可能是由于變頻器驅動大慣性負載，因為在這種情況下，變頻器的減速停止屬于再生制動，在停止過程中，變頻器的輸出頻率按線性下降，而負載電機的頻率高于變頻器的輸出頻率，負載電機處于發電狀態，機械能轉化為電能，并被變頻器直流側的平波電容吸收，當這種能量足夠大時，變頻器直流側的電壓就會超過直流母線的過電壓保護整定值而跳閘。對于這種故障，一是將減速時間參數設置長一些，或增大制動電阻，或增加制動單元；二是將變頻器的停止方式設置為自由停車。 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，然后與過電壓保護整定值進行比較，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問題，都會出現這種報警。如一臺丹佛斯VLT5004變頻器，上電顯示正常，但是加負載后顯示“DC LINK UNDERVOLT”（直流回路電壓低）。從現象上看比較特別，但是仔細分析一下，問題也就不是那么復雜了，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，上電時沒有發現任何異常現象，估計是加負載時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，所以應著重檢查整流橋。經測量發現該整流橋有一路橋臂開路，更換新品后問題解決。 1.5 驅動電路故障 變頻器的逆變驅動電路也容易發生故障。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、斷線等異常現象，但不會出現驅動電路全部損害的情況。處理方法一般是按照原理圖，每組驅動電路逐級尋找故障點。處理時首先對整塊電路板清灰除污，如發現電路斷線，則進行補線處理；查出損壞的元器件即更換；根據筆者實踐經驗分析，對懷疑的元器件，進行測量、對比、替代等方法判斷，有的元器件需要離線測定。驅動電路修復后,應用示波器觀察各組驅動電路信號的輸出波形，如果三相脈沖大小、相位不相等，則驅動電路仍然有異常（更換的元器件參數不匹配，也會引起這類現象），應重復檢查處理。大功率晶體管驅動電路的損壞也是導致過流保護動作的原因之一。驅動電路損壞表現出來最常見的現象是缺相，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，帶上電機后報警“MISSING MOT，PHASE W”（電機W相缺失）。經檢查驅動電路W相的逆變驅動觸發電路沒有輸出波形，修復W相驅動觸發電路后，變頻器工作正常。 1.6 電機發熱變頻器顯示過載 對于已經投入運行的變頻器如果出現這種故障，就必須檢查負載的狀況。對于新安裝的變頻器如果出現這種故障，很有可能是v/f 曲線設置不當或電機參數設置有問題。如一臺新裝變頻器，驅動的變頻電機，額定參數為220 V/50 Hz，而變頻器出廠時設置參數為380 V/50 Hz。由于安裝人員沒有正確設定變頻器的v/f參數，導致電機運行一段時間后轉子出現磁飽和，致使電機轉速降低，過載而發熱。所以在新變頻器使用之前，必須設置好相應參數。另外，使用變頻器的無速度傳感器矢量控制方式時，若沒有正確設置負載電機的額定電壓、電流、容量等參數，也會導致電機過載發熱。還有一種情形是設置的變頻器載波頻率過高時，也會導致電機發生過載發熱。最后一種情況是變頻器經常處于低頻段工作，使電機長時間在低頻段工作，電機散熱效果又不好，致使電機工作一段時間后過載發熱，對于這種情況，需加裝散熱裝置。如一臺ABB ACS500 22 kW變頻器客戶反映，變頻器在運行半小時左右顯示“OH”（過熱）。因為是在運行一段時間后才有故障，經分析認為溫度傳感器壞的可能性不大，可能變頻器的溫度確實太高。經再通電觀察，發現風機轉動緩慢，防護罩里面塞滿了很多棉絮（因該變頻器用在紡織行業），經打掃后開機，風機運行良好，運行數小時后，變頻器再沒出現該故障。 2 結束語 在變頻器的使用過程中, 肯定會碰到這樣那樣的問題，只要運行和維修人員掌握了變頻器的基本工作原理，善于在運行實踐中不斷總結使用變頻器的經驗，則問題總是會得到解決的。 參考文獻 1. 西門子變頻器手冊 2. 電機與拖動基礎 李發海 主編 清華大學出版社 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、計算機控制自動化的程序設計、維護工作，現為公司生產技術科長。 楊文濤 作者單位：河南省商丘市鑫順實業有限公司 通訊地址：河南省商丘市隴海南路55號鑫順實業公司生產科 郵政編碼： 476000 電話 0370-2331079 電子郵箱：wentaoywt@sina.com