浅谈变频器的维修与维护

       通常意义上讲，变频器是指应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。在如今这个工业自动化的日趋成熟与完善的时代，变频器在化工、电力、机械、农业、纺织等诸多行业已得到了相关广泛的应用。然而，随着变频技术的不断发展，控制技术的由易变繁，如何减少变频器的故障，缩短故障的排除时间，就成为了维护、使用人员值得去思考的问题。本期，我们就随着工控网资深的会员、具有丰富变频器维护经验的工程师郭大华（网名：江湖走走）一起，来共同探讨一下这个话题。

       探讨变频器维修，郭工认为首先必须要了解变频器的原理与构造。变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。这是变频器修理中对变频器的定义。

       变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；在变频器修理中，按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。不过，不同的变频器，主回路皆一样，只不过是功率元件的数量不一样罢了，比如大功率的功率元件是由多个功率单元并联组成；控制功能不一样，控制板的功能就不一样，对应的控制软件操作菜单功能不一样等。

       提到工作原理，在这里，顺便提一下关于变频器选型要注意的问题。不同牌子的变频器都标有功率段，不同牌子同功率的变频器标的可驱动电机的容量是一样的，但是变频器的允许工作电流是不一样的，有些偏低，有些偏高，因此，必须根据现场的负载性质和电动机的额定电流及生产工艺以后是否可能提产等因素来综合选择。同时，变频器对环境也是有要求的，选型的时候也必须注意按照环境来选择，比如海拔、湿度、温度，南方湿度高，就的选带涂层电路板的变频器（ABB是标配），温度高的就必须提高功率等级来等。

       在了解了变频器的原理构造及选型之后，根据自己长期的工作经验，郭工阐述了他对变频器常见故障的一些特殊看法。通常，大家都知道，过电流、过电压、过温、面板黑屏、接地故障等都是变频器常会出现的故障，但当碰到这些故障时，不要急着去维修，而是首先要判断好，这些故障是否真的发生了。为什么这么说呢？因为大多数情况下，这些故障的发生，其实只是变频器本身的某些检测元件出问题。比如，变频器报过电流或电压的故障，通常检测之后是控制板本身发生了损坏，或者控制板上的某些元器件，由于年久导致了老化而失效造成的；有时过温故障的发生，也只是变频器内部的冷却风扇控制的开关的辅助触点出了问题而已。因此，做变频器的维修时，我们一定要仔细检查与判断，看故障点到底发生在哪里。就经验而谈，变频器控制回路中的器件通常会比主回路的故障率要高一些。然而，有时控制回路的元件损坏也会导致主回路的元件发生故障，比如驱动板故障会引起主回路的逆变元件短路而发生炸管子的故障。

       在维修变频器时，首先要根据变频器的故障提示，如：黑屏的直接查电源板，找出对应故障的检测电路或元件进行排查。但往往，厂家都是不提供内部电路板的电路图的，这就对于用户来说就造成了一定的困难，因此大多数用户只能选择更换同型号的电路板。这里要提醒大家，在更换同型号的电路板时，有时候还需要注意软件版本是否兼容。

       此外，在维修变频器时，有些地方是需要注意的。

       首先，维修变频器的时候，要特别注意静电对变频器的损坏，建议还是带上防静电护腕，防止静电损坏控制板。其次，在维修时，大功率和小功率的变频器要分别对待。小功率的变频器的板子少，大部分集中在一块板上的，特别是进口产品的；维修的时候要注意力度，别弄坏板子和板子直连的排线，同时也要注意别损坏一些固定卡件，这些卡件大部分都是塑料件，长期运行受热后比较脆，容易被折断；而大功率的变频器一般是多块板子组成的，拆开的时候注意连接方式，更换IGBT及其驱动板的时候，部分变频器IGBT驱动电路是独立采购的，焊接的时候要拔电焊接，待烙铁热后拔下烙铁电源，然后进行焊接，否则静电也有可能会损坏那小小的驱动电路，在现场修复一个国产高压变频器的时候，就曾经出现这样的事情。

       对于变频器故障产生的原因，郭工认为更多的时候还是由于产品本身质量问题所引起的。例如：他前段时间在一个现场，大多数使用的国产的森兰变频器，常会报电流检测的霍尔电流检测元件故障、风扇控制板故障、主控板故障等，这些变频器在更换了同型号的板子后，立即恢复了正常，投入了运行；同样，ABB的大功率变频器会出现过温故障，但这些情况，大多数都是因为风机控制上的风机辅助端子接触不好引起的；再有，ABB的大功率变频器（1500KVA及以上的）经常报逆变单元故障，其中ACS800系列大功率变频器，在他单位临近的两个工厂运行两年左右之后，都发生了多次在待机状态下整流单元爆炸的事故，究其原因，是母线上的银粉脱落造成了短路，最终引起了爆炸。

       为此，郭工希望不论是国内、还是国外厂商，今后在产品出厂前，首先，一定把好质量关，这样才不会为用户和企业带来不必要的伤害与损失；其次，希望厂商可以随产品提供变频器内部各个部件之间的连接图片，以方便用户自己判断故障，并提前做好备件的预留，不要非要等到设备等坏了才能去拆开检查，然后再找备件，费时费事。此外，在现场维修时，曾发现有些品牌的变频器的IGBT的额定电流居然会低于电动机的额定电流，假如现场经常满负荷运行，那容量就偏小了，希望厂家能注意这个问题。

       谈到维修，费用的问题也是我们比较关心的。郭工说，一般来讲，进口产品的维修费用要相对高一些，原因是进口产品不仅备件贵，维修费也贵。没有自己的技术人员进行维修的企业，有时只能选择更换新的变频器。而有技术实力的企业则一般会选择自己维修，只掏备件费。因此，出于这个考虑，假如国产品牌能满足现场要求，建议尽量不选择进口产品，同时，变频器的品牌、系列也尽量统一，这样便于备件储备及快速修复。

       为了降低变频器故障的发生率，作为用户来说，一定要做好日常的维护工作，一般包括以下几个方面：

       1、定期清灰紧固，防止因内部元件松动或者灰尘进入造成接触不良的故障（比如我上面说的ABB的风机控制的辅助触头就常发生因灰尘引起接触不好，报变频器过温的故障）；清灰的周期一般由现场环境所决定，一般安排半年进行一次清灰紧固工作，使用环境恶劣和关键设备的的可三个月安排一次，长期运行不能停止的，一年内至少安排一次。

       2、注意变频器的散热问题。通用变频器的环境运行温度一般要求－10℃~+50℃，但使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们必须要重视散热问题！

       通常，变频器是安装在控制柜中的。如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器，并且也在柜子里面，这时发热量会更大一些，电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开， 使散热器的散热不影响到变频器本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的！关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。

       此外，变频器在使用中还要注意以下几个个问题：
　　（1）在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。

       （2）冬天的时候要注意防凝露，假如是间隙运行的变频器，在停机的时候，因环境温度低可能会造成凝露，需要在变频柜内装加热器及湿度检测装置，并定期点检这个装置是否正常，建议一周查看一次。

       （3）变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。

       （4）腐蚀性气体。使用环境假如腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低尽缘性能。

       （5）振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的题目。这时除了进步控制柜的机械强度、阔别振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。

       （6）电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，四周产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对四周的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。假如处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。

       最后，郭工说，其实变频器的选择往往是根据环境来决定的，就犹如选汽车一样，常跑山路的选越野车适合，常跑城市道路的选小汽车，变频器也如此，并不是高端的就是最好的，而是选择最适合你现场环境的来使用。同时，也可以选择一些性价比高、稳定可靠的产品，就目前的小功率段的变频器而言，国产变频中一些知名品牌是不错的选择，参数设置、故障判断、维护检修比进口品牌更简单、方便。