淺析變頻器的常見故障
1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。
2變頻器的常見故障及維修對策
2.1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。
2.2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。
2.3變頻器顯示過流
2.3.1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。
(4)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。
(5)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。
2.3.2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。
2.4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。而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“dclinkundervolt”(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。
2.5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“missingmot，phasew”(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。
2.6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220v/50hz，而變頻器出廠時設置參數為380v/50hz。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abbacs50022kw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。
3 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。
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。
2變頻器的常見故障及維修對策
2.1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。
2.2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。
2.3變頻器顯示過流
2.3.1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。
(4)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。
(5)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。
2.3.2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。
2.4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。而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“dclinkundervolt”(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。
2.5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“missingmot，phasew”(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。
2.6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220v/50hz，而變頻器出廠時設置參數為380v/50hz。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abbacs50022kw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。
3 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。
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