浅析变频器的常见故障

摘要 介绍了变频器的常见故障和维修方法,并简述了其故障产生的原因及防治对策。 关键字 变频器；故障分析；维护 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 随着工业企业自动化的不断发展，变频器的应用已深入到各行各业，变频器技术也日趋完善和成熟，其功能越来越强大，可靠性不断提高。但是如果使用不当，操作有误，维护不及时，仍会发生故障或停运状况，以致缩短设备的使用寿命。通常，变频器在正常使用5~8 年后，就进入了故障的高发期，经常会出现元器件烧坏，保护环节频繁动作等故障，严重影响其正常工作。因此，日常维护与检修工作显得尤为重要。 1 变频器的常见故障及维修对策 1.1 变频器整流模块损坏 变频器整流模块的损坏是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流模块均采用二极管，目前，大部分整流模块则采用晶闸管。中大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，整流器件易过热，也易被击穿，当其损坏后伴随着快速熔断器熔断,整机停机。在更换整流模块时，要求其在与散热片接触的面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅脂，再紧固安装螺丝。如果没有同型号整流模块时，可用同容量的其他类型的整流模块代替。如富士G7S使用了带晶闸管保护的整流模块，它与普通整流模块的区别就在于它用晶闸管替代了主回路接触器，提高了变频器的可靠性。富士G9S小功率变频器整流模块则是集成晶闸管与开关管于一体。整流模块的损坏常与机器外部电源有密切关系，所以当整流模块发生故障后，不能再盲目上电，应先检查外围设备。 1.2 变频器充电电路故障 通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，由于直流侧的平波电容容量较大，在变频器接入电源的一瞬间充电电流很大，可能导致电源开关跳闸，为此在充电回路中设置一个起动电阻来限制充电电流，而在充电完成后，控制电路通过接触器的触点或晶闸管将电阻短路。充电电路故障一般表现为起动电阻被烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通断时，或者短路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻被烧坏。如遇这种情况，可购买同规格的电阻更换。同时必须找出烧坏电阻的原因，如果故障是由输入电源频繁通断引起的，必须消除这种现象，如果故障是由短路接触器触点或短路晶闸管引起，则必须更换这些元器件，才能再将变频器投入使用。 1.3 变频器显示过流 1）系统在工作过程中出现过电流，原因大致来自以下几方面： （1）电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象时引起电动机电流的突然增加； （2）变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等； （3）变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一个桥臂的上、下两个器件发生“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。 2）负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短，电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果使升速电流太大。 3）负载的惯性较大，/F5+而降速时间设定得太短时，电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，结果使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。 针对上述故障现象主要检查以下几个方面： 1）工作机械有没有被卡住； 2）用兆欧表检查负载侧短路点； 3）变频器功率模块有没有损坏； 4）电动机的起动转矩是否过小，使拖动系统转不起来； 5）升速时间设定是否太短； 6）减速时间设定是否太短； 7）转矩补偿（v/f 比）设定是否太大，引起低频时空载电流过大； 8）电子热继电器整定是否不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。 如果不是这些问题引起，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流传感器，复位后运行，看是否还出现过流现象，因为检测电流的霍尔传感器受温度、湿度等环境因素的影响，工作点很容易发生漂移，导致过流。如果还出现的话，很有可能是1PM 模块出现故障，因为1PM 模块内含有过压、过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能，更换同型号模块应该就能解决。 1.4 变频器过压欠压保护动作 变频器出现过压欠压保护动作，大多是由电网电压的波动引起的。在变频器供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，会引起电网电压瞬间大范围波动，导致变频器过压欠压保护动作，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网电压波动过后即可正常运行。这种情况只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。 另外，变频器出现过压故障还可能是由于变频器驱动大惯性负载，因为在这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，变频器直流侧的电压就会超过直流母线的过电压保护整定值而跳闸。对于这种故障，一是将减速时间参数设置长一些，或增大制动电阻，或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。 另一种情况是变频器整流部分损坏或检测电路损坏而引起故障报警，电压检测一般都是通过对直流母线电压采样，然后与过电压保护整定值进行比较，再将比较差值传送到微控制器。如果整流桥、滤波电容、采样电路或比较电路中任一器件出现问题，都会出现这种报警。如一台丹佛斯VLT5004变频器，上电显示正常，但是加负载后显示“DC LINK UNDERVOLT”（直流回路电压低）。从现象上看比较特别，但是仔细分析一下，问题也就不是那么复杂了，该变频器同样也是通过充电回路，接触器来完成充电过程的，上电时没有发现任何异常现象，估计是加负载时直流回路的电压下降引起的故障，而直流回路的电压又是通过整流桥全波整流, 然后由电容平波后提供的，所以应着重检查整流桥。经测量发现该整流桥有一路桥臂开路，更换新品后问题解决。 1.5 驱动电路故障 变频器的逆变驱动电路也容易发生故障。一般有明显的损害痕迹，诸如元器件（电容、电阻、二极管及印刷板等）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损害的情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级寻找故障点。处理时首先对整块电路板清灰除污，如发现电路断线，则进行补线处理；查出损坏的元器件即更换；根据笔者实践经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的元器件需要离线测定。驱动电路修复后,应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查处理。大功率晶体管驱动电路的损坏也是导致过流保护动作的原因之一。驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。如一台丹佛斯VLT5062变频器，上电显示正常，但是测量三相输出电压不平衡，带上电机后报警“MISSING MOT，PHASE W”（电机W相缺失）。经检查驱动电路W相的逆变驱动触发电路没有输出波形，修复W相驱动触发电路后，变频器工作正常。 1.6 电机发热变频器显示过载 对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。对于新安装的变频器如果出现这种故障，很有可能是v/f 曲线设置不当或电机参数设置有问题。如一台新装变频器，驱动的变频电机，额定参数为220 V/50 Hz，而变频器出厂时设置参数为380 V/50 Hz。由于安装人员没有正确设定变频器的v/f参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，过载而发热。所以在新变频器使用之前，必须设置好相应参数。另外，使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，若没有正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过载发热。还有一种情形是设置的变频器载波频率过高时，也会导致电机发生过载发热。最后一种情况是变频器经常处于低频段工作，使电机长时间在低频段工作，电机散热效果又不好，致使电机工作一段时间后过载发热，对于这种情况，需加装散热装置。如一台ABB ACS500 22 kW变频器客户反映，变频器在运行半小时左右显示“OH”（过热）。因为是在运行一段时间后才有故障，经分析认为温度传感器坏的可能性不大，可能变频器的温度确实太高。经再通电观察，发现风机转动缓慢，防护罩里面塞满了很多棉絮（因该变频器用在纺织行业），经打扫后开机，风机运行良好，运行数小时后，变频器再没出现该故障。 2 结束语 在变频器的使用过程中, 肯定会碰到这样那样的问题，只要运行和维修人员掌握了变频器的基本工作原理，善于在运行实践中不断总结使用变频器的经验，则问题总是会得到解决的。 参考文献 1. 西门子变频器手册 2. 电机与拖动基础 李发海 主编 清华大学出版社 作者简介 冯永敏 男 大专 1977年出生，助理工程师，多年从事电气检修工作，现为公司电气检修班长。 杨文涛 男 本科 1975年出生，工程师，多年从事电气控制、计算机控制自动化的程序设计、维护工作，现为公司生产技术科长。 作者单位：河南省商丘市鑫顺实业有限公司 电话 0370-2331079 电子邮箱：wentaoywt@sina.com