變頻器的控制電路及幾種常見故障分析

靳立偉 岳宏偉

【摘 要】變頻器是電力系統(tǒng)運行過程中常見的電氣設(shè)備，同時也是一種科技含量非常高的電氣設(shè)備，由于使用的時間較長，所以變頻器在使用的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)故障。現(xiàn)在，在電力系統(tǒng)中，變頻器的使用范圍在不斷的擴大，為了更好的保證變頻器在使用過程中的效果，維修人員要對變頻器的性能進行充分的了解，對變頻器可能出現(xiàn)的故障進行掌握，一旦出現(xiàn)故障，可以做到在第一時間對故障進行解決，保證電力系統(tǒng)的正常運行。

【關(guān)鍵詞】變頻器；控制電路；常見故障

科學技術(shù)水平的不斷提高，使得很多的新型設(shè)備出現(xiàn)，其中一些大型的電子元件和集成電路的出現(xiàn)，就對交流變頻器的發(fā)展有很大的幫助，變頻器調(diào)速技術(shù)得到了更加完善的發(fā)展，同時使用效果更加的成熟。使用交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)有很多優(yōu)點，其中調(diào)速的精度非常高，調(diào)速時操作比較簡單，同時還能做到很好的保護功能。交流變頻器已經(jīng)在很多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中在電力工業(yè)、冶金企業(yè)和機械制造業(yè)的使用最多。在變頻器使用的過程中，一般在使用十年左右就會經(jīng)常出現(xiàn)故障，因此變頻器也進入到了故障的高發(fā)時期，為了避免變頻器發(fā)生故障，影響正常的生產(chǎn)，一定要對故障出現(xiàn)的原因進行分析，找到相應(yīng)的解決措施。

1.變頻器概述

變頻器是一種電能控制的裝置，在使用的過程中可以實現(xiàn)對電源頻率的轉(zhuǎn)換，電源頻率的轉(zhuǎn)換是為了滿足交流發(fā)電機變頻調(diào)速的需要，以此來實現(xiàn)對交流異步電機的所有功能。變頻器在使用中主要通過電力半導體器件的通斷作用來進行操作。變頻器在使用的時候，可以實現(xiàn)改變功率因數(shù)、變頻調(diào)速和對過載進行保護，同時還能實現(xiàn)對運轉(zhuǎn)精度的控制。在變頻器運行的時候可以控制電路，主要是對主電路的控制，將電路中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。在變頻器在進行控制的時候，通常都是需要一個進行大量運算的中央控制系統(tǒng)的，它可以進行轉(zhuǎn)矩的計算，對電流之間復雜的轉(zhuǎn)換進行控制。

1.1變頻器的工作原理

變頻器是進行電力變換的裝置，在使用中是為了向電動機提供調(diào)頻或者是調(diào)壓。變頻器在工作中主要使用的就是主回路。為了更好的區(qū)分變頻器可以將其分為兩類。一類是電流型的變頻器，這種變頻器的直流回路濾波為電感，在工作中可以將電源流從直流轉(zhuǎn)換為交流，在這種變頻器中主要由三部分組成，分別是逆變器、整流器和平波回路。另一類是電壓型的變頻器，這種變頻器的直流回路濾波是電容，在運行的過程中可以將電壓源從直流轉(zhuǎn)換為交流。

1.2變頻器的主要作用

使用變頻器就是為了保證電網(wǎng)的運行安全，變頻器在使用可以起到以下幾點作用。首先，變頻器可以實現(xiàn)軟啟動節(jié)能的作用，在電網(wǎng)運行中，異步電動機在啟動的過程中會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，它在啟動的過程中會將電網(wǎng)的容量提高，同時還會出現(xiàn)較大的電流和振動，這就非常容易導致閥門和擋板出現(xiàn)損壞，從而導致電網(wǎng)中的設(shè)備和電路的使用時間減少。在使用了變頻器以后，它自身的軟啟動功能可以將電動機的啟動電流從零開始，避免出現(xiàn)大量電流的情況，這樣就會降低啟動過程對電網(wǎng)的沖擊，同時還能減輕供電的容量，保護設(shè)備和電路不會受到影響，這樣做即使一種節(jié)能的措施，又是一種降低維修費用的做法。其次，變頻器可以降低電網(wǎng)中的無功損耗。電網(wǎng)在運行的過程中，損耗是一種非常普遍的現(xiàn)象。無功損耗不僅會嚴重浪費電能，同時還會影響設(shè)備的使用效率。在電網(wǎng)運行過程中，無功功率是影響功率的重要因素，無功功率的增加，不但會導致線損情況的增加，還會影響電網(wǎng)中有功功率，使其出現(xiàn)下降的情況。在使用了變頻器以后，對電網(wǎng)中出現(xiàn)無功損耗的情況明顯的降低了，同時還提高了電網(wǎng)中的有功功率，在電網(wǎng)運行中，線損的情況也降低了，電能浪費的情況也減少了。

2.變頻器常見故障及解決措施

2.1變頻器干擾的主要類型及抗干擾方法

首先是靜電感應(yīng)的干擾。此種類型的干擾主要是指由電氣回路中產(chǎn)生的磁通量變化在電網(wǎng)的電纜中感應(yīng)出的電勢。這種干擾的強度大小取決于磁通量的大小、閉環(huán)面積等。抗干擾的方法是盡量減小干擾源電纜中的磁通量。 其次是靜電耦合。這種干擾主要是指電氣回路的靜電容耦合在控制電纜中產(chǎn)生的電勢。較為有效地解決方法為增大距離，當距離達到導體直徑的40倍以上時，則基本不會出現(xiàn)干擾，還可以采用在電纜間安裝屏蔽導體，并將其安全接地。再次是接地干擾。這種干擾一般是指由信號或機體接地產(chǎn)生的干擾。對于電流回路及弱電壓而言，一旦接地不合理便會引發(fā)干擾，如當接地點為兩個或兩個以上時，此時的接地位置會形成電位差，進而產(chǎn)生干擾。解決措施為可將預(yù)先給定好速度的控制電纜取其中一點進行接地，由該點引出的接地線不作信號的通路使用，可在變頻器側(cè)進行控制電纜的接地，并采用專設(shè)的接地端子，不得與其它接地端子共用。最后是接觸不良。這種干擾類型較為常見，其主要形成原因是變頻器控制電纜的繼電保護器觸電以及電接點接觸不良導致的，由于接觸不良致使電阻發(fā)生變化，進而在電纜中形成干擾。對于此類干擾的解決方法比較簡單，可通過提高電器元件的等級或是將觸點進行并聯(lián)即可，同時應(yīng)定期對連接點進行維護加固，防止其出現(xiàn)接觸不良。

2.2變頻器常見故障及處理措施

首先是變頻器主回路故障，這種故障主要是由于電解電容器件的故障導致的。電解電容器件的使用壽命通常是由其使用的內(nèi)部溫度和其承受的直流電壓所決定的。在進行變頻器的主回路設(shè)計的時候，一般對電容器的型號都是進行過嚴格的分析后才決定的，這樣就使得影響其壽命的主要因素就是溫度。一旦溫度過高就會導致電容器出現(xiàn)故障。解決這種故障的可以通過采取一定的技術(shù)措施來降低主回路上的電流，使得電容器件的使用壽命增加，也可以對安裝的溫度環(huán)境進行控制，找到最適宜的溫度后再進行安裝，以此來確保內(nèi)部的溫度是穩(wěn)定的。其次是控制回路故障，這種故障出現(xiàn)的原因是變頻器控制回路中的IPM電路板上的緩沖電容器以及電源上的平滑電容器，它們都是影響變頻器使用壽命的主要因素。由于在控制回路中通過的脈沖電流是固定不變的，與主回路負載的影響無直接關(guān)系，所以決定其使用壽命的因素是通電時間及內(nèi)部溫度。電容器一般都是被焊接在電路板上的，若是相對靜電容量進行準確的測量是十分困難的，因此，可按照具體的使用時間及其所在環(huán)境的溫度來對電容器的使用壽命加以推算；此時可通過對電源電路板進行觀察，便可發(fā)現(xiàn)故障的原因，然后采取相應(yīng)的措施處理即可。最后是冷卻系統(tǒng)故障。變頻器的冷卻系統(tǒng)主要由冷卻風扇和散熱片兩部分構(gòu)成。為了起到冷卻的效果，冷卻風扇必須持續(xù)運轉(zhuǎn)，其使用壽命一般都比較短。冷卻風扇即將達到使用壽命時，其會出現(xiàn)噪聲增加、振動等現(xiàn)象，直至最終停止轉(zhuǎn)動，一旦冷卻風扇停止工作，逆變模塊則無法進行散熱，最終結(jié)果會使變頻器出現(xiàn)跳閘。解決措施為定期對冷卻風扇進行檢查，并每隔2-3年對風扇更換一次。

3.結(jié)束語

總而言之，變頻器具有可靠性高、節(jié)能等諸多特點，但在實際使用過程中，必須對各種常見干擾故障進行認真分析，并采取相應(yīng)的措施加以處理，以此來確保變頻器的使用效果。為了能夠更好地使用變頻器，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)充分了解并掌握變頻器的結(jié)構(gòu)原理，并熟知其常見的干擾故障及解決措施。只有這樣，才能使變頻器起到應(yīng)有的作用。

【參考文獻】

[1]張玉梅，張九妹，杜建軍.變頻器常見故障處理[J].設(shè)備管理與維修，2011.

[2]劉建國.變頻器的控制電路及幾種常見故障分析[J].電工技術(shù)雜志，2010.

[3]王占峰，李曉寧.變頻器應(yīng)用中的幾個常見問題分析及處理[J].包鋼科技，2009.

[4]鄒六省，王占儒，劉緒洪.變頻器對PLC干擾常見故障的分析與處理[A].變頻技術(shù)研討會論文集[C].2011.