變頻器主電路的檢測與維修

趙輝

摘 要：變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制既可以滿足生產(chǎn)工藝的需求，也可以減少設(shè)備不必要的機(jī)械磨損和起到節(jié)能降耗的作用，因此變頻器在我中心11個(gè)洗煤廠有著廣泛的應(yīng)用，如對(duì)泵的液位的自動(dòng)控制，清掃水的恒壓控制，皮帶的調(diào)試運(yùn)行等，應(yīng)用品牌也較多，主要涉及ABB低壓，施耐德高低壓，西門子高低壓變頻器。變頻器在使用中也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，文章主要從變頻器的主電路著手，重點(diǎn)分析變頻器的故障現(xiàn)象、檢修思路和檢修方法。

關(guān)鍵詞：整流電路；逆變電路；濾波電容；檢測與分析

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）17-0117-02

Abstract： The control of motor speed by frequency converter can not only meet the requirements of production process， but also reduce the unnecessary mechanical wear of equipment and play the role of saving energy and reducing consumption. Therefore， the frequency converter has been widely used in 11 coal preparation plants in our center， such as the automatic control of the pump level， the constant pressure control of cleaning water， the commissioning of belt， and so on. There are many application brands， mainly involving ABB low voltage， Schneider high and low voltage， and Siemens high and low voltage frequency converter. Frequency converter in use will also appear a variety of faults. This paper， from the main circuit of the frequency converter， mainly focuses on the frequency converter fault phenomenon， repair ideas and maintenance methods.

Keywords： rectifier circuit； inverter circuit； filter capacitance； detection and analysis

1 變頻器的工作原理

變頻器的主電路輸入側(cè)有6脈沖和12脈沖兩種，以下以最常見的6脈沖工作原理介紹變頻器的主回路，主要由整流回路（交-直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直-交變換）組成。整流電路，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它功能是將工頻電源進(jìn)行整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。逆變器的負(fù)載屬感性負(fù)載的異步電動(dòng)機(jī)，無論異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電狀態(tài)，在直流濾波電路和異步電動(dòng)機(jī)之間，總會(huì)有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲(chǔ)能元件來緩沖，和電容對(duì)尖波進(jìn)行吸收。逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用，變頻器主電路的簡單工作原理就是這樣。

2 整流模塊的檢查

在日常故障檢修的幾種常見的情況：變頻器斷路器送不上電，一合即跳；變頻器在啟動(dòng)或運(yùn)行過程中總是報(bào)直流回路欠壓、LU故障，并停機(jī)保護(hù)。此時(shí)必須對(duì)變頻器整流電路進(jìn)行檢查。需要注意的是，為了人身安全必須確保變頻器斷電，并拆除變頻器輸入電源線R、S、T和輸出線U、V、W后方可操作。整流電路由六個(gè)二極管構(gòu)成，測量時(shí)以檢查二極管VD1為例，由圖1知VD1在變頻器的輸入端子R與內(nèi)部直流電路的P+之間，R為二極管的正端，P+為二極管的負(fù)端。首先把萬用表打到“二級(jí)管”檔，測量VD1是否滿足二極管特性即單方向?qū)щ娦浴Ｈ绻粷M足就需要對(duì)整流電路中二極管更換。整流電路檢修完畢后，變頻器維修上電試驗(yàn)可以給電源串燈泡進(jìn)行空載上電試驗(yàn)，以防短路或炸模產(chǎn)生危險(xiǎn)。當(dāng)然也有變頻器三相整流橋的3個(gè)上橋臂有3只單相晶閘管組成。測量時(shí)只有晶閘管從變頻器拆下來，給其觸發(fā)電壓信號(hào)判斷晶閘管導(dǎo)通情況判斷其好壞。例如我中心ATV71系列變頻器。

3 濾波電容檢察

日常生產(chǎn)中我中心變頻器逆變模塊的損壞主要原因就是電容的容量減小，失容和失效。驅(qū)動(dòng)電路異常造成逆變模塊損壞反而不是很常見。電容的容量不足輕者表現(xiàn)為帶負(fù)載能力差，負(fù)載加重時(shí)往往跳直流回路欠壓故障，電容的進(jìn)一步損壞就有可能造成逆變模塊燒壞。此類故障比較隱蔽不易引起人們的重視，檢察時(shí)也比較費(fèi)周折，有的電容測量其容量似乎是好電容，但好壞則不一定。尤其是大功率變頻器中電容，運(yùn)行多年后，其引出電極常年累月數(shù)百赫茲的大電流沖放電沖擊，會(huì)出現(xiàn)不同的氧化現(xiàn)象，用電容表測量，容量正常，但接在電路中，則因充、放電阻增大，致使直流回路電壓下降，變頻器不能工作，檢修人員往往會(huì)做出判斷。失容后則極容易出現(xiàn)諧振過壓導(dǎo)致模塊炸裂。檢修兩年或運(yùn)行年限更長的變頻器，儲(chǔ)能電容要引起重視；對(duì)逆變模塊不明原因的損壞，則應(yīng)首先徹查直流回路電容。變頻器未損壞前跳“減速過電流”的現(xiàn)象，應(yīng)說明的是，減速過電流是發(fā)生在加速啟動(dòng)過程中。變頻器在加速中用頻率自動(dòng)下調(diào)來抑制啟動(dòng)過電流，就要考慮濾波電容是否正常。直流回路儲(chǔ)能電容的“硬”損壞，會(huì)出現(xiàn)明顯的濺液、鼓頂、炸裂等現(xiàn)象，觀察即能看出。兩只電容串聯(lián)與電路中容量應(yīng)相等或接近，偏差過大時(shí)，容量小的電容會(huì)因承受高過電壓而損壞。儲(chǔ)能電容有“老化失效現(xiàn)象”電容表測量不出容量異常，單在運(yùn)行中會(huì)造成直流回路電壓下降，變頻器頻報(bào)欠壓故障，帶載能力差。電容測量只能對(duì)變頻器解體單獨(dú)用電容表測量電容的大小，同時(shí)也要做電容的耐壓實(shí)驗(yàn)。為此我中心設(shè)計(jì)了電容充放電實(shí)驗(yàn)裝置。

此裝置除了可以用于檢測電容好壞外，還可用于變頻器在用電容的檢測，以此判斷在用電容是否合格，是否需要更換，防止因電容超過使用壽命后各項(xiàng)指標(biāo)不合格造成變頻器損傷。我中心員工根據(jù)電容充放電原理，利用調(diào)壓器、升壓變壓器、電阻、電容等元器件自行設(shè)計(jì)了一款電容充放電實(shí)驗(yàn)裝置，其工作原理圖如圖2。其中T1為調(diào)壓器，調(diào)壓范圍為AC 0～220V，通過升壓變壓器，可為整流橋輸入端提供AC 0～690V的可控電壓，經(jīng)過橋式整流后，可輸出DC 0～621V，電容C1、C2、C3及均壓電阻R1、R2、R3組成了濾波單元，最終在被測電容兩端可得到600V左右的直流電壓，因電容出廠時(shí)耐受電壓預(yù)設(shè)值為550V左右，該裝置完全能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電容的沖擊試驗(yàn)。充電實(shí)驗(yàn)：接上待測電容C后為控制回路供電，按下充電啟動(dòng)按鈕SB1，使得充電繼電器KM1吸合，緩慢調(diào)節(jié)變壓器T1輸出電壓，直到電壓表顯示600V左右，觀察待測電容有無異常現(xiàn)象，若無，停止控制回路后再啟動(dòng)SB1，模擬600V左右的電網(wǎng)電壓直接沖擊電容，若電容完好無異常，則待測電容合格，可以使用。放電實(shí)驗(yàn)：斷開測量回路電源，啟動(dòng)放電按鈕SB2，使放電繼電器KM2得電吸合，放電過程中電壓表會(huì)直觀地顯示待測電容兩端的剩余電壓，該過程中，放電指示燈會(huì)經(jīng)歷由亮到暗的過程，直到放電完成指示燈處于熄滅狀態(tài)。

4 逆變電路IGBT測試

IGBT是變頻器最主要的部分之一。逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出即為變頻器的輸出，它被用來作為電機(jī)的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。針對(duì)逆變電路IGBT的在線測量，輸出線U、V、W對(duì)P（+）、N（-）端子的測量實(shí)際上是對(duì)IGBT內(nèi)部二極管的測量，只能大致判斷IGBT好壞，尚不能最后認(rèn)定IGBT就是好的。通過簡易的測量后認(rèn)為IGBT好的就上電試車會(huì)給維修工作帶來更大麻煩。脫機(jī)用萬用表方法只能測試其靜態(tài)的性能，不能測試其連續(xù)導(dǎo)通關(guān)斷過程中的狀態(tài)。摸擬變頻器在工作過程中IGBT的工作性能進(jìn)行測試很有必要。圖3為我中心設(shè)計(jì)的變頻器IGBT連續(xù)測試器原理圖。

該測試儀通過對(duì)IGBT觸發(fā)角進(jìn)行電壓脈沖觸發(fā)，放電的過程，實(shí)現(xiàn)IGBT的導(dǎo)通關(guān)斷，通過自動(dòng)循環(huán)功能，進(jìn)行反復(fù)的測試，通過觀察指示燈的點(diǎn)亮、熄滅過程，從而判斷測試元件的功能是否完好。

IGBT與驅(qū)動(dòng)電路在故障上有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)IGBT炸裂短路后，驅(qū)動(dòng)電路勢必被高電壓沖擊而損壞，如果檢測到IGBT短路，驅(qū)動(dòng)電路有很大的可能性受損；IGBT的損壞也可能是因驅(qū)動(dòng)電路故障而造成的。因此驅(qū)動(dòng)電路或IGBT的故障，都必須徹查IGBT與驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路正?！苷］敵?路激勵(lì)脈沖，才能上電試車。維修后的變頻器上電試機(jī)，是一個(gè)必須慎重的事情。必須采取相應(yīng)的措施，以避免在異常情況出現(xiàn)時(shí)新?lián)Q的IGBT模塊燒壞造成二次損壞。方法一在圖1中P（+）與VTI之間串入一只2A的玻璃熔斷器，上電試車查看變頻器會(huì)不會(huì)報(bào)故障，熔斷器會(huì)不會(huì)燒壞，如無異常在進(jìn)行頻率的增減和啟停操作。方法二將逆變輸出電路供電正端P（+）斷開，另行接入一個(gè)低于24VDC直流電源，再串入熔斷器，因?yàn)榈碗妷汗╇?，所以檢測逆變輸出電路就變得非常安全了。維修后變頻器空載試機(jī)正常后，應(yīng)進(jìn)一步帶載實(shí)驗(yàn)。接入電機(jī)，三相電壓與電流都有較好的平衡度，電動(dòng)機(jī)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行，變頻器完全修復(fù)。

5 結(jié)束語

檢修變頻器需要非常豐富的理論知識(shí)和很強(qiáng)的動(dòng)手能力。要全面系統(tǒng)的分析問題，只有這樣才能快速找出問題的原因，及時(shí)找到完好元器件來代換。上電試機(jī)要采取一定的保護(hù)措施，以防隱藏的問題造成更大損失。

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