變頻器的故障診斷與排除

1 引言

在現代工業和經濟生活中，隨著電力電子技術、微電子技術、現代控制理論及大規模集成電路的發展，生產工藝的改進及功率半導體器件價格的降低，變頻調速越來越被工業上所采用。如何在工業控制中選擇性能好的變頻器和迅速排除生產中變頻器的故障，是專業技術人員共同追求的目標。下面結合筆者的工作經驗談談變頻器的工作原理極其故障與診斷。 信息來自:輸配電設備網

2 變頻器的工作原理

由變頻器的工作原理可以知道，三相交流異步電動機的同步轉速表達式為：

n=60 f(1-s)/p (1)

式中: n—異步電動機的轉速;

f—異步電動機的頻率;

s—電動機轉差率;

p—電動機極對數。

由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

3 變頻器的組成

變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成頻率可調的交流電源，以實現控制電動機的變速運行的設備，其主要由主電路和控制電路組成，主電路包括：整流電路、直流中間、電路逆變電路等;整流電路的作用是把三相或單相交流電變換成直流電，為逆變電路提供所需的直流電源。直流中間電路通過大容量的電容對輸出電壓進行濾波對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路的功能是在控制電路的控制下將直流中間電路輸出的直流電壓轉換為電壓頻率可調的交流電壓，實現對異步電動機的變頻調速的控制將直流電再逆成交流電。控制電路由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入/輸出電路和驅動電路組成。

控制電路是給異步電動機供電 (電壓、頻率可調)的主電路提供控制信號的回路。控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、主電路的電壓、電流檢測電路、電動機的速度檢測電路、將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路，以及逆變器和電動機的保護電路。

4 變頻器常見故障與分析

由于變頻器內部是大功率的電子元器件，因此對其工作的物理環境和電氣環境具有很高的要求，若物理環境和電氣環境達不到其要求，變頻器常常會以故障的方式反饋出來。下面就變頻器常見故障作簡單的介紹與分析。

4.1變頻器過溫故障

(1) 故障的原因分析

在炎熱的夏季過溫是變頻器經常發生的故障，引起故障可能的原因是變頻器工作的環境溫度過高，導致變頻器的散熱器溫度超過報警電平，將使調制脈沖的開關的頻率降低或者輸出頻率降低。

(2) 故障診斷和應采取的措施

環境溫度必須在規定的范圍內，在變頻器工作的房間內安裝制冷風機，當變頻器運行時，制冷風機必須投入運行，使變頻器工作在恒溫的環境中，減少過溫故障的發生;變頻器的負載狀態和工作/停止周期時間必須適當;變頻器的脈沖頻率必須設定為缺省值。

4.2 電流限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于負載電動機的功率與變頻器的功率不匹配或者負載電動機的連接導線太短常常會導致變頻器發生電流限幅故障。

(2) 故障診斷和應采取的措施

為了防止變頻器發生電流限幅故障，負載電動機的功率必須和變頻器的功率相呼應;連接負載電動機和變頻器的電纜長度不得超過最大允許值;負載電動機電纜和電動機內部不得有短路或接地故障;輸入變頻器的負載電動機參數必須與實際使用的電動機一致;負載電動機的定子電阻值必須正確無誤;檢查負載電動機的冷卻風道是否堵塞和負載電機是否發生過載。

4.3 過電壓限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于變頻器達到了過電壓限幅值或者當變頻器斜坡下降時如果其直流回路控制無效，可能出現過電壓限幅這一報警信號。

(2) 故障診斷和應采取的措施

電源電壓必須在變頻器銘牌數據限的數值以內;禁止直流回路電壓控制器(p1240=0)，并正確的進行參數化;變頻器的斜坡下降時間必須與負載的慣性相匹配;要求變頻器的制動功率必須在限定的限幅以內。

4.4 欠電壓限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于電網的供電電源發生故障，或者供電電源電壓和與之相應的直流回路電壓低于規定的限定值，以及變頻器使能動態緩沖都是發生欠電壓限幅故障的根本原因。

(2) 故障診斷和應采取的措施

故障診斷和應采取的措施，是用戶必須保證使用的電源電壓必須在變頻器銘牌數據限定的數值以內。

4.5 變頻器i2t過溫故障

(1) 故障的原因分析

引起變頻器i2t過溫故障的主要原因，是變頻器的溫度超過報警電平，如果進行了參數化，輸出頻率或脈沖頻率降低。

(2) 故障診斷和應采取的措施

檢查變頻器的工作/停止周期的時間，工作時間應在規定的范圍內;負載電動機的功率是否與變頻器的功率相匹配。

4.6 變頻器的工作/停止周期故障

(1) 故障的原因分析

引起變頻器的工作/停止周期故障的原因可能是散熱器溫度與igbt的結溫之差超過了報警的限定值。

(2) 故障診斷和應采取的措施

故障診斷和應采取的措施是，用戶必須檢測變頻器的工作/停止周期和沖擊負載，使其在規定范圍內。

4.7 電動機i2t過溫故障

(1) 故障的原因分析

如果變頻器帶動的負載電動機發生過載或者在負載的工作/停止周期中，工作時間太長都會導致電動機i2t過溫故障。

(2) 故障診斷和應采取的措施

無論哪一種的過溫，用戶必須檢查一下各項并采取相應的措施：負載工作/停止周期是否正確;負載電動機的過溫度參數是否設定正確;電動機的溫度報警電平是否匹配。

4.8 電動機溫度信號丟失故障

引起電動機溫度信號丟失的原因主要是：負載電動機的溫度傳感器的信號線發生斷線。如果已檢查出信號線斷線，溫度監控開關應切換到采用電動機的溫度模式進行監控。

在變頻器實際的工作使用中，發生的故障遠遠不止上面所敘說的那些，有些故障是隨機的，排除它有一定的難度，但是只要詳細了解變頻器常見故障的基礎上，加上不斷的變頻器再學習，借助自己的靈感，相信可以排除那些隨機發生的故障。由于變頻器的主回路是非線性 (進行開關動作)，變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量、弱信號回路，極易遭受其它裝置產生的干擾，造成變頻器自身和周邊設備無法正常的工作。因此，加強變頻器的抗干擾措施也是防止變頻器發生故障的主要手段。

5 其它注意事項

為了保證變頻器安全可靠無故障的運行，在安裝變頻器時要注意以下幾個問題：

(1) 裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動機。其控制電纜線路也應避開這些漏磁通大的設備。

(2) 弱電壓電流控制電纜不要接近易產生電弧的斷路器和接觸器。

控制電纜建議采用 1.25mm×2或2mm×2屏蔽絞合絕緣電纜。

(3) 屏蔽電纜的屏蔽要連續到電纜導體同樣長。電纜在端子箱中連接時，屏蔽端子要互相連接。

(4) 變頻器的控制電纜、電源電纜和電動機的連接電纜的走線必須相互隔離，不要把它們放在同一個電纜線槽中和電纜架上。

(5) 變頻器必須可靠接地，如果不把變頻器可靠接地，裝置內可能出現導致人身傷害的潛在危險。

(6) 變頻器在供電電源的中性點不接地的情況下是不允許使用的。電源(中性點)不接地時需要從變頻器中拆掉“y”形接線的電容器。

6 結束語

我車間的高壓氨水泵電機采用變頻器控制后，在車間的節能和氨水壓力控制和調節方面起著明顯的效果，但是以上談及的故障時常會發生的，有時是幾個故障共同存在的，所以在使用和維護等工作中，尤其要注意變頻器的故障問題，只有做好變頻器抗干擾措施和加強變頻器的維護，才能降低變頻器故障發生率，才能充分發揮變頻器的優越性能。