变频器故障诊断与解决措施分析

变频器故障诊断与解决措施分析

摘要：文章结合变频器的构造组成，提出了对变频器故障研究的具体思路，并对变频器故障的诊断技术与维护措施进行深入的研究，对变频器的技术研究有着详细的参考作用。

关键词：变频器；维护措施；构造组成

随着变频在各行业领域的广泛运用，对其诊断技术进行研究的意义和作用也越来越大，变频器的系统是非常复杂的，所以对变频器故障的诊断的技术越来越被人们所重视，这在一定程度上促进了变频器故障诊断技术的发展。文中提出的诊断与维护方法，对变频器的故障解决有着广泛的适用性。

一 、变频器的构造组成

1.主电路

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为2类：电压型变频器将电压源的直流变换为交流，直流回路的滤波是电容。电流型变频器将电流源的直流变换为交流，直流回路的滤波是电感。主电路由3部分构成：（1）将工频电源变换为直流功率的“整流器”。整流模块的工作原理是，将三相交流输入，首先经防雷处理和EMI滤波，该部分电路可以有效吸收雷击残压和电网尖峰，保证模块后路的安全，然后经整流和无源PFC后转换成高压直流电。（2）同整流模块相反，逆变模块是将高压直流电变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断得到三相交流输出。（3）在整流模块整流后的直流电压中含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压波动。为了抑制电压波动，采用电容（或电感）来吸收脉动电压（或电流）。

2.控制电路

控制电路是给异步电动机供电的主电路提供控制信号的回路，它由频率、电压的运算电路，主电路的电压、电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路以及逆变器和电动机的保护电路组成。下面分别进行介绍：（1）运算电路。将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路。与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）速度检测电路。以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号，并将其送入运算回路，根据指令和运算使电动机按指令速度运转。（4）驱动电路。驱动电路是驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离，使主电路器件导通、关断。（5）保护电路。检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常状态时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

二、变频器的控制方式与电源

从现场观测发现，甲醛风机正常停车时的转速为500r/min，风机电源变频器电流为180～280A。无论计划停车还是工艺连锁停车，风机电源柜内主进线接触器均跳停，相当于变频器正在运行时突然断电。主进线接触器长期分断于大电流，容易造成主触头拉弧烧毛，从而使接触器性能大大降低。对于ACS800变频器来说，主电源断电时并没有停止信号，逆变模块继续触发输出功率，而整流模块却因断电已停止输入功率，直流段电压就会很快降低。变频器控制电路电源取自变频器的内部直流段，主控板电源电压很快降低，这也可能就是触发板烧毁的原因。主控板因电源电压低而出现故障或者烧毁，将导致变频器的实时检测、报警、故障数据无法锁存，变频器整流模块触发控制混乱，从而造成整流桥短路，主进线接触器上电后合闸于短路状态，整流模块烧毁，主触头完全粘连。整流模块烧毁时，其爆炸现象会引起触发板烧毁和位于变频器正面的控制电缆损坏。即使在甲醛风机计划停车时，工艺人员首先将风机频率及风机电源柜变频器输出功率降低，然后进行工艺连锁停车，主进线接触器跳停，也是带负荷方式停车，对接触器和变频器也会有损害，只是较满载时停车损害程度小而已。鉴于以上原因，我们对甲醛风机电源柜及其控制方式进行了改造。

因变频器本身就是一个可以单独启停的设备，所以无论计划停车还是工艺连锁停车，都会给变频器一个停车控制信号，从而可切断变频器到电机的功率输出，也就切断了甲醛风机的功率输出。主进线接触器是停电再来电时的保护，不但可以减少总闸送电的冲击，而且能保护变频器。正常情况下，设备启动运行时，接触器吸合，靠运行指令控制变频器正常的起动运行停止。在紧急情况下，比如出现损害人身或设备安全的状况时，仅切断变频运行信号是不够的，还要求切断变频电源，以确保设备可靠停止。此种停车方式对系统的各种安全和风机连锁不做任何调整，风机均可按工艺流程正常停运，可以起到保护主进线接触器和变频器的目的。

当变频器在运行时，其主回路直流电压很多时候是不稳定的。如果控制回路电源供电是由主回路的滤波电容供给，控制回路的各种电路板就容易坏。如果控制回路电源使用外接电源，即使变频器在故障或装置跳车时，控制回路电源和主控板也不会断电，从而可以查询变频器跳车时有无报警及故障信息，及时找出具体原因并消除故障。所以，我们将风机电源变频器的控制回路电源改造为外部供电，虽然这样变频器会复杂点，但其故障率会大大降低，希望变频器设计者能注意到这个问题。

三、变频器维护措施分析

1.变频器的散热

按照空气密度推断，冷空气总是处于房间的底部。因此变频器应该垂直安装，在散热风扇的作用下，温度低的空气从变频器下通风口进入变频器，将变频器内部的热量从上通风口吹出，这样才能起到比较好的冷却效果。如果变频器装在震荡大的生产线上，紧固模块的螺丝就容易松脱，这样会因模块散热不好而烧掉。

所以，变频器要时常紧固。尽量保证变频器在无尘环境下工作，很多变频器在散热风扇损坏后，也不会跳“过热”保护，直到模块烧坏，大多数风扇是因为被灰尘堵塞而损坏的，所以如果能定期为变频器清尘及检查风扇是否正常，将是一项很有价值的工作。

2.变频器的消耗原件

变频器虽为静止装置，但也有像滤波电容器、散热风扇这样的消耗器件，如果能对它们进行定期的维护，将会延长其寿命。滤波电容器的静电容量随着时间的推移而逐渐减少，因此应定期地测量静电容量，以达到产品额定容量的85%为基准来判断是否更换。滤波电容容量变小会使变频器主回路直流电压不稳定，容易损坏模块，或经常出现跳“低压”故障。散热风扇为转动元件，伴随变频器的通电而起动，但长时间在高温环境下工作，也比较容易损坏。

3.变频器的耐压

4.变频器的防静电干扰

变频器在运行时就好像一台功率强劲的干扰器，干扰的源头就在输出模块的6个IGBT管上，有的变频器整流模块也会造成一定的干扰，电源线及电机线就是干扰器的天线，地线接地不良则干扰信号会通过接在外壳的地线发出去，线路越长干扰范围就越大，不仅干扰周围的电子设备，也干扰变频器本身。如果控制系统在使用了变频器的同时还有一些靠模拟信号、脉冲信号通讯的电子设备，如电脑，人机界面、感应器等，在选购变频器及布线时就要很小心。

四、结语

综上，变频器的系统是较为复杂的，因此要求电气维护工作人员掌握变频器的原理，了解变频器的内部结构及其控制方式，解决变频器运行过程中易出现的问题。如果能在变频器运行过程中进行较好的维护，就可以减少其出现的问题，从而延长变频器的使用寿命。

参考文献

[1]浣喜明，姚为正.电力电子技术.高等教育出版社，2004.

[2]北京ABB电气传动系统有限公司.ACS800-07硬件手册，2007.