鋼鐵廠常見變頻器維修技術(shù)探討

摘要：鋼鐵廠的變頻器由于其不同型號(hào)以及不同工作模式會(huì)導(dǎo)致故障的高度復(fù)雜性，但是其基本的工作原理是不變的，因此變頻器的維修人員必須徹底了解變頻器內(nèi)部構(gòu)造及特點(diǎn)，從而提高自身的維修水平。文章通過對(duì)鋼鐵廠所使用的常見類型變頻器進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)常用的變頻器故障檢測(cè)維修技術(shù)進(jìn)行分析，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：鋼鐵廠；變頻器；維修技術(shù)；內(nèi)部構(gòu)造；故障檢測(cè)維修技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM464 文章編號(hào)：1009-2374（2016）19-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.037

通過對(duì)工作原理以及元器件的理解為維修工作以相應(yīng)的啟迪，并將所擁有的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的維修工作中，以便對(duì)維修過程中的疑難問題進(jìn)行解決，從而促進(jìn)對(duì)鋼鐵廠變頻器維修水平的提高。

1 變頻器概述

鋼鐵廠所用的變頻器通常來自于各個(gè)地方不同的生產(chǎn)廠商中，因此其內(nèi)部元器件的尺寸標(biāo)準(zhǔn)以及線路分布結(jié)構(gòu)往往會(huì)有一定的不同，但其運(yùn)行均是借助了微電子集成處理以及電路變頻兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)其內(nèi)部的電壓電流等進(jìn)行控制從而影響線路中其他動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以降低線路中的能源損耗。正是由于變頻器各生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品的參數(shù)以及內(nèi)部構(gòu)造與回路方面各不相同，因此在實(shí)際的維修中應(yīng)當(dāng)特別加以注意。但是關(guān)于變頻器本身的基本構(gòu)造形式以及變頻器內(nèi)部回路的連接原理是置于同一理論值的基礎(chǔ)下所形成的，因此即使各個(gè)變頻器生產(chǎn)廠商所生產(chǎn)的變頻器在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者是形式上有所不同，但其內(nèi)部線路的電力功能是一致的，只要掌握其工作原理，即使面對(duì)不盡相同的變頻器構(gòu)造，也可以將其電力回路做到了然于胸。機(jī)械設(shè)備的維修人員在進(jìn)行變頻器的維修時(shí)，必須要對(duì)微電子集成的線路區(qū)域特別留意，一方面是由于缺乏相應(yīng)的線路圖；另一方面則是由于該區(qū)域微電子的數(shù)量分布較為密集，稍有不慎則會(huì)導(dǎo)致微電子線路受到破壞，從而影響變頻器的正常工作。而變頻器的主回路在某些大體積的元器件的維修與檢測(cè)上則要相對(duì)簡(jiǎn)單些，一則是這些處于主回路中的元器件需要負(fù)擔(dān)整個(gè)回路的電流與電壓，其所能承受的電流與電壓數(shù)值較大，因而不會(huì)在檢測(cè)與維修時(shí)因失誤而導(dǎo)致元器件被燒毀；二則是這些元器件本身的體積較大，相對(duì)于精細(xì)化的微電子而言，在檢測(cè)與維修的工作上要更為方便和快捷。

2 變頻器的基本回路構(gòu)成

一般情況下，鋼鐵廠所采用的變頻器是采用交流-直流-交流的連接進(jìn)行電路的變頻處理，在其內(nèi)部的回路上有諸多不同功能和作用的分支回路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的監(jiān)測(cè)和控制，主要包括整流限流、濾波制動(dòng)以及逆變電檢測(cè)等共同構(gòu)成并承擔(dān)各自擁有的功能處理工作。在其主回路中一般會(huì)有三個(gè)端子開關(guān)與三相電進(jìn)行連接，并由數(shù)個(gè)相同規(guī)格的二極管排列組合而成整流電路，在這其中通過將限流電阻與繼電器組合，形成限流電路以保證線路的安全性，濾波電路則是由相同規(guī)格的分壓電阻與電解電容組成。制動(dòng)電路主要是由開關(guān)以及制動(dòng)電阻構(gòu)成，并由絕緣柵的6個(gè)雙極晶體管（IGBT）作為三相逆變器進(jìn)行連接，輔以同樣數(shù)量的內(nèi)置二極管，將三個(gè)輸出端子U、V以及W與進(jìn)行變頻控制的馬達(dá)進(jìn)行連接。

2.1 關(guān)于整流電路

整流電路一般是由6個(gè)同等規(guī)格的二極管組合構(gòu)成，不過在實(shí)際維修時(shí)則會(huì)發(fā)現(xiàn)一般都是將其集成為一整塊的整流模塊，以方便后期的維修。而整流模塊主要是負(fù)責(zé)將電網(wǎng)中的三相400V交流電經(jīng)由整流模塊當(dāng)中的二極管全橋整流為脈動(dòng)直流電源進(jìn)行供電工作。

2.2 關(guān)于限流電路

限流電路通常是由限流電阻以及線路中的繼電器觸點(diǎn)在線進(jìn)行相互的并聯(lián)之后再進(jìn)行串聯(lián)，并以此種形式連接在直流電路的回路當(dāng)中。這主要是考慮到變頻器在進(jìn)行送電啟動(dòng)的瞬間不可避免地會(huì)出現(xiàn)相對(duì)強(qiáng)大的電流，出于保護(hù)電力線路中的三相模塊考慮，一般會(huì)選擇將電阻置于直流回路之上，即將其作為串聯(lián)電路對(duì)瞬間電流起到一定的緩沖效果，可以十分有效地降低設(shè)備啟動(dòng)瞬間電流過大所產(chǎn)生的不利影響。通常情況下，瞬間啟動(dòng)所形成的瞬間電流在這種串聯(lián)線路影響下其電流數(shù)值會(huì)逐漸減小，對(duì)存在于濾波電路當(dāng)中的充電電流也會(huì)隨之而減小，而當(dāng)電路中的充電電流其數(shù)值衰減到了某一范圍時(shí)，線路便可開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 關(guān)于濾波電路

濾波電路的主要作用在于把電力線路中不穩(wěn)定的電壓進(jìn)行穩(wěn)波處理。具體內(nèi)容為，通過電解電容器對(duì)于電路中的電壓進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理，將其變化的浮動(dòng)數(shù)值控制在一定范圍之內(nèi)，直到最終穩(wěn)定為符合電力線路要求的直流電。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，鋼鐵企業(yè)一方面出于成本考慮；另一方面出于生產(chǎn)工藝考慮，多會(huì)利用電容器對(duì)電路進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整流電路當(dāng)中所輸出直流電壓的平波處理。鋼鐵企業(yè)的400V專用電網(wǎng)借助于變頻器供電時(shí)，需要將濾波電容器串聯(lián)，以完成分壓，之后則是并聯(lián)以完成分流，并最終回到直流電路中去。不過考慮到實(shí)際情況，在該線路也會(huì)使用兩只電阻進(jìn)行分壓處理，也就是將直流母線電路當(dāng)中的電壓進(jìn)行均分，之后則是將其分別轉(zhuǎn)到兩只電容器上。

2.4 關(guān)于電路的制動(dòng)

變頻器中所涉及到的電路制動(dòng)類似于斬波器的效果，它的工作方式比較簡(jiǎn)單，主要是對(duì)線路中的電壓數(shù)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果線路中的電壓數(shù)值過大或者是過小，則會(huì)控制電阻的工作，通過投入與切除兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)線路穩(wěn)定的保護(hù)。其并且對(duì)于制動(dòng)電阻所經(jīng)過的流過進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，以確保其工作的安全可靠。變頻器一般會(huì)依照其自身功率大小進(jìn)行區(qū)分，通常會(huì)分為內(nèi)置與無內(nèi)置這兩種制動(dòng)單元情況，需要安裝內(nèi)置制動(dòng)單元的只有小容量的變頻器。在制動(dòng)電路進(jìn)行工作的時(shí)候，通常會(huì)需要經(jīng)過一個(gè)電子開關(guān)并將制動(dòng)電阻連接到該變頻器內(nèi)部的直流母線當(dāng)中，以保證變頻器能夠在對(duì)電機(jī)進(jìn)行減速時(shí)吸收由于制動(dòng)而產(chǎn)生的能量，對(duì)于泵升電壓也能起到相應(yīng)的降低作用，從而確保直流母線的電壓保持在正常范圍，以免由于過高而導(dǎo)致逆變電路的毀損。

2.5 關(guān)于逆變電路

逆變電路主要是指由六個(gè)開關(guān)器件共同組成三相橋式的逆變電路。這六個(gè)開關(guān)器件以一定的方式進(jìn)行組合，從而依據(jù)一定的規(guī)律實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)信號(hào)控制之下，把母線的電源由直流轉(zhuǎn)為電壓與頻率可控制的交流型電源，也就是變頻器所輸出的電源。

3 變頻器中存在的故障問題及其維修

3.1 開關(guān)電源的損壞

作為許多變頻器都經(jīng)常會(huì)發(fā)生的一項(xiàng)故障，其通常原因是開關(guān)電源本身的元器件出現(xiàn)了損壞或者是負(fù)載中出現(xiàn)了短路的情況所引起。在現(xiàn)今的變頻器生產(chǎn)廠家中，丹佛斯型號(hào)的變頻器主要是采用新型的脈寬集成芯片技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于開關(guān)電源進(jìn)行輸出的調(diào)整，并且這種技術(shù)還兼具電流檢測(cè)以及電壓反饋等諸多輔助功能。當(dāng)出現(xiàn)了無顯示的情況、控制端子無電壓以及正極24V的風(fēng)扇沒有運(yùn)轉(zhuǎn)等情況時(shí)，可以考慮對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行檢查，查看其是否損壞，如果對(duì)于電源是否故障無法做出判斷，則可以通過外接正極24V的電源進(jìn)行測(cè)試，如果檢測(cè)結(jié)果顯示正常，則基本可以認(rèn)定為電源板的故障。

3.2 IGBT的損壞

由于IGBT模塊本身的散熱性能較差，因而由于散熱不良而導(dǎo)致的變頻器出現(xiàn)故障也是較為常見的故障問題之一。由于模塊散熱性能較差，往往會(huì)導(dǎo)致其外接保險(xiǎn)被燒毀，這種現(xiàn)象有時(shí)候會(huì)由于變頻器內(nèi)部散熱片的風(fēng)機(jī)長期未清理而落滿灰塵以及油污，使得散熱通風(fēng)無法正常進(jìn)行。因此應(yīng)當(dāng)將變頻器進(jìn)行定期的清理與維護(hù)，將風(fēng)機(jī)的散熱片拆下進(jìn)行清洗，清洗時(shí)應(yīng)使用空壓氣體進(jìn)行，對(duì)于變頻器內(nèi)部的其他結(jié)構(gòu)件以及板卡也應(yīng)全部做好清理工作。同時(shí)也要進(jìn)行IGBT模塊的更換，并且在進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)依據(jù)模塊安裝的步驟要求，嚴(yán)格按照順序進(jìn)行安裝。之后則是進(jìn)行觸發(fā)電路的檢修，然后則是依次安裝其他元器件。在模塊安裝結(jié)束之后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，在確定檢測(cè)的結(jié)果良好之后，方可進(jìn)行通電測(cè)試以及負(fù)載試驗(yàn)。

3.3 送電無顯示

如果變頻器在送電之后沒有出現(xiàn)應(yīng)有的顯示，則應(yīng)當(dāng)立即查看是否整流電路出現(xiàn)損壞，如果整流電路正常則應(yīng)查看限流電路是否出現(xiàn)損壞，通過排查法一一進(jìn)行檢測(cè)，直到找到問題的根源所在。由于限流電阻以及整流模塊的更換相對(duì)較為復(fù)雜，因此必須要仔細(xì)分析并找到具體的損壞原因。對(duì)于部分較為簡(jiǎn)單的元器件可以通過簡(jiǎn)單的更換，以檢測(cè)其是否有壞損現(xiàn)象，直到確定線路中完全沒有問題時(shí)，方可通過重啟動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)試。

3.4 輸出電壓過低以及缺相問題

關(guān)于變頻器在輸出端的實(shí)際輸出電壓出現(xiàn)過低的情況，大多是由于主回路當(dāng)中直流母線的電壓過低所引起。不過如果控制主板存在輸出驅(qū)動(dòng)的信號(hào)過低或者是逆變的模塊出現(xiàn)老化情況，都會(huì)在不同程度上導(dǎo)致輸出的電壓過低。若要發(fā)現(xiàn)其中的具體原因則需要對(duì)直流母線的實(shí)際電壓進(jìn)行檢查以確定是否存在輸出過低的情況。檢查整流模塊以及電容器是否出現(xiàn)損壞或者是老化的現(xiàn)象。通過對(duì)所檢查的元器件進(jìn)行檢查和換新工作，解決其電壓過低的問題。就實(shí)際情況以及經(jīng)驗(yàn)而言，大多缺相故障都是由于逆變電路上的損壞，少部分情況下是由于兩個(gè)及以上電路同時(shí)出現(xiàn)了壞損。如果是由于逆變模塊損壞而引起的故障則可以通過將變頻器的蓋板打開，依據(jù)正確順序進(jìn)行拆卸，并借助萬用表對(duì)IGBT的輸出模塊進(jìn)行檢測(cè)，如果觸發(fā)信號(hào)沒有實(shí)現(xiàn)其觸發(fā)則應(yīng)檢查所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模板，通過這樣一步步的檢測(cè)從而確定問題的最終根源并進(jìn)行損壞模塊的更換作業(yè)。在進(jìn)行變頻器的送電時(shí)，如果變頻器發(fā)生異常則應(yīng)當(dāng)及時(shí)切斷電源并重新進(jìn)行檢查。

4 結(jié)語

在進(jìn)行日常的維護(hù)時(shí)，維護(hù)人員應(yīng)當(dāng)注意變頻器、電機(jī)及線路環(huán)境的改善與清理，并且做好定期的內(nèi)部灰塵清理工作，對(duì)于電網(wǎng)的電壓也應(yīng)做好適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控與控制，從而保證變頻器的正常運(yùn)行。雖然鋼鐵廠的變頻器由于其不同型號(hào)以及不同工作模式會(huì)導(dǎo)致故障的高度復(fù)雜性，但是其基本的工作原理是不變的，因此變頻器的維修人員必須徹底了解變頻器內(nèi)部構(gòu)造及特點(diǎn)，從而提高自身的維修水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器故障的解決。

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作者簡(jiǎn)介：饒宜萍（1973-），男，江西宜春人，新余鋼鐵集團(tuán)建設(shè)公司助理工程師，研究方向：電氣維修。

（責(zé)任編輯：王 波）