變頻器主電路的檢測與維修

劉可夫 常亮 宋其軍

【摘 要】隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各領(lǐng)域不斷地提高，對(duì)電力的需求也不斷增大。在電力不斷改革中變頻器控制得到了大量的應(yīng)用。由于安裝使用量越來越大，在其優(yōu)勢突顯的同時(shí)，不可避免地故障維修量也同時(shí)加大了。

【關(guān)鍵詞】變頻器；主電路；檢測；維修

引言

通用變頻器的內(nèi)部設(shè)計(jì)電路中，是應(yīng)用檢測電路把變頻器與電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過數(shù)字化轉(zhuǎn)換后回饋給中央處理器，中央處理器把收到的數(shù)字信號(hào)通過算法優(yōu)化處理之后給各分部電路下達(dá)控制指令或保護(hù)指令，來對(duì)變頻器的頻率輸出進(jìn)行控制，同時(shí)也達(dá)到對(duì)變頻器和電機(jī)進(jìn)行保護(hù)的目的。

1變頻器主電路結(jié)構(gòu)

目前，絕大部分低壓變頻器均采用先整流再逆變的結(jié)構(gòu)方式，所以其主電路基本都是由整流和逆變兩大部分環(huán)節(jié)構(gòu)成。一般三相電流輸入端都是分別用R、S、T三個(gè)字母表示，輸入380V或者220V三相交流電流，經(jīng)D1至D6六只二極管組成的三相整流橋電路整流后，成為直流電，其電壓標(biāo)記為UD，整流過后的脈動(dòng)直流電流經(jīng)過濾波電容器C1和C2濾波。整流濾波過后的直流電，再經(jīng)過斬波處理后，將處理過后的直流電流經(jīng)由V1至V6六只IGBT晶體管（絕緣柵雙極性晶體管）組成的三相逆變電路，進(jìn)行逆變處理，最終形成電壓和頻率可任意調(diào)整的三相交流電流輸出給電動(dòng)機(jī)使用。

2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。其中T1為調(diào)壓器，調(diào)壓范圍為AC0～220V，通過升壓變壓器，可為整流橋輸入端提供AC0～690V的可控電壓，經(jīng)過橋式整流后，可輸出DC0～621V，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?，F(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)。

3變頻器故障類型及其故障處理方法

3.1電壓超過固定范圍

變頻器都具有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過這個(gè)范圍時(shí)，會(huì)發(fā)生過壓，可能會(huì)損壞變頻器，常見的過壓主要分為兩種，分別為輸入交流過壓以及發(fā)電狀態(tài)中過壓。輸入交流過壓是指輸入的交流電源的電壓值高于正常值，一般在節(jié)假日過程中線路負(fù)載較大時(shí)，電路的電壓會(huì)升高或者線路出現(xiàn)故障時(shí)，指示燈會(huì)提示與報(bào)警，過一會(huì)再進(jìn)行送電重啟，變頻器即可恢復(fù)正常。發(fā)電狀態(tài)過壓主要是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀況。這種情況在故障中較為常見。第一，當(dāng)變頻器對(duì)大慣性的負(fù)載進(jìn)行拖動(dòng)時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)置較短，在減速期間，變頻器輸出的頻率逐漸減小，且減小的速度逐漸加快，負(fù)載方面主要是借助本身阻力進(jìn)行減速，使得負(fù)載拖動(dòng)轉(zhuǎn)速增加，高于正常自身轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。而電動(dòng)機(jī)自身處于發(fā)電狀態(tài)，沒有回饋功能，對(duì)于問題也不能進(jìn)行反饋，導(dǎo)致電壓逐漸升高，超過相應(yīng)的保護(hù)數(shù)值，變頻器出現(xiàn)故障。第二，當(dāng)多個(gè)電機(jī)共同發(fā)生負(fù)載時(shí)，也可能會(huì)出現(xiàn)過壓問題。主要是由于負(fù)荷沒有進(jìn)行正常分配，即每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是不相同的。例如：兩個(gè)電機(jī)對(duì)同一個(gè)負(fù)載進(jìn)行拖動(dòng)，當(dāng)一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較大時(shí)，轉(zhuǎn)速大的那個(gè)電機(jī)為原電機(jī)，而轉(zhuǎn)速較低的電機(jī)會(huì)處于發(fā)電狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)故障，這種故障可能會(huì)導(dǎo)致電壓增加或者變頻器的參數(shù)發(fā)生改變。

3.2變頻器發(fā)生過載故障

變頻器的過載故障主要包括變頻過載故障以及電機(jī)過載故障。導(dǎo)致故障出現(xiàn)的原因可能為電機(jī)加速的時(shí)間較短、電網(wǎng)中的電壓過低或者負(fù)載過重導(dǎo)致的。在一般情況下，處理方式會(huì)使用延長加速時(shí)間、對(duì)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行檢查等。負(fù)載過程可能是因?yàn)殡姍C(jī)以及變頻器對(duì)于負(fù)載不能拖動(dòng)，或由于機(jī)械潤滑油缺少而引起的，需要對(duì)電機(jī)或變頻器進(jìn)行更換或者加以檢修，進(jìn)行檢測。

3.3電壓過低導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障

電壓過低可能導(dǎo)致電源的輸入方面存在問題，導(dǎo)致線路電壓超載或者線路方面接觸不良。例如：在西門子系列的變頻器中，pmu的液晶屏上顯示：“e”，在這種情況中，變頻器不能夠正常工作，重新進(jìn)行停電或者送電均不可以，在說明書中沒有詳細(xì)介紹，在對(duì)外接的電源進(jìn)行檢查中發(fā)現(xiàn)電壓較低，不能滿足電路中的電壓需求，解決電壓過低的問題后，問題解決。

3.4溫度過高導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障

溫度過高也會(huì)導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，例如：變頻器發(fā)生溫度過高的預(yù)警但是檢查過程中發(fā)現(xiàn)傳感器穩(wěn)定正常，這可能來源于其他干擾將故障屏蔽了。如果遇到類似的故障，可以與變頻器的廠家進(jìn)行聯(lián)系，得到比較好的解決方法。

結(jié)語

對(duì)變頻器進(jìn)行維修是一項(xiàng)集理論工作、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及操作方式相結(jié)合的工作，工作人員的技術(shù)水平影響我國變頻器的質(zhì)量。作為工作人員，應(yīng)不斷更新相關(guān)知識(shí)，掌握其特點(diǎn)及功能，不斷提升工作質(zhì)量及工作效率，解決一些維修過程中的常見問題，研究出一套合理的故障解決方案，提升自身技術(shù)水平。

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[2]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華，編著.變頻器工程應(yīng)用·電磁兼容·故障診斷[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017：79-84，93-97.

（作者單位：1大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠電力維修大隊(duì)；

2中油電能公司售電事業(yè)部紅崗營業(yè)所黑龍江；

3 中油電能公司售電事業(yè)部紅崗營業(yè)所黑龍江）