變頻器的故障處理及維護(hù)保養(yǎng)

聶夢(mèng)麒，劉 麗

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

1 變頻器的構(gòu)成及工作原理

變頻器主要由整流單元、控制器、逆變器和電容四部分構(gòu)成[1]。整流單元的作用是將具有固定頻率的交流電變?yōu)橹绷麟姡荒孀兤髟谧冾l器中起著關(guān)鍵的作用，通過逆變器中各個(gè)開關(guān)元件的斷開與導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。逆變器是由大功率晶體管開關(guān)組成的陣列，主要作用是將系統(tǒng)得到的直流電轉(zhuǎn)換為各種頻率和幅度的方形波；電容則是為了儲(chǔ)存一定的電能；控制器則根據(jù)預(yù)設(shè)的程序來控制逆變器輸出端方形波的寬度，并將不同的方波進(jìn)行疊加形成正弦波，從而為交流電機(jī)不同階段提供相應(yīng)的交流電[2]。

2 變頻器常見故障分析

2.1 變頻器過載或過流

當(dāng)變頻器發(fā)生過載或過流時(shí)，通常均是因負(fù)載過大造成。在判斷此類故障時(shí)，可先將變頻器的輸出端與電機(jī)脫離，然后再啟動(dòng)變頻器，測(cè)量電流判斷故障是否排除，再對(duì)變頻器輸出端電壓進(jìn)行測(cè)量，若電壓正常且三相平衡，則可以排除變頻器故障，應(yīng)在負(fù)載查找故障點(diǎn)。

2.2 變頻器過壓故障

變頻器過壓故障的原因通常是負(fù)載端故障，電機(jī)因某種原因（負(fù)載慣性過大，減速時(shí)間過短）在系統(tǒng)內(nèi)生成了再生電，即負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速大于變頻器的瞬時(shí)輸出轉(zhuǎn)速，從而使負(fù)載所攜帶的動(dòng)能通過電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)化為逆向電能，造成直流母線端的電壓升高，從而引發(fā)變頻器發(fā)生過壓保護(hù)。

2.3 變頻器欠壓故障

變頻器發(fā)生欠壓故障后，應(yīng)先檢查變頻器輸入端電壓是否正常，電壓過低、缺相等均會(huì)引發(fā)此故障。

2.4 變頻器過熱

通常，散熱風(fēng)扇不能正常運(yùn)行、散熱通道有灰塵等堵塞、環(huán)境溫度過高、通風(fēng)條件較差等均會(huì)造成變頻器過熱。

2.5 變頻器缺相

變頻器缺相通常是由輸入端缺相、輸入端子虛接、輸出端子虛接等原因造成的，首先應(yīng)檢查輸入、輸出端子接線是否良好，斷開輸出端電機(jī)，測(cè)量輸出電壓三相是否平衡。

2.6 變頻器無輸出電壓

發(fā)生此類故障后，先檢測(cè)變頻器輸入端電壓是否正常，若無異常，說明變頻器損壞，通常是開關(guān)電源部分或整流模塊損壞導(dǎo)致。

3 變頻器故障常用的判斷方法

3.1 范圍縮小法

關(guān)于范圍縮小法，通過對(duì)故障的分析判斷、對(duì)參數(shù)的檢查測(cè)量，經(jīng)過原因排除，將故障范圍逐步縮小，并在小范圍的某部位或元器件上找到故障原因的診斷方法。

例如，變頻器接通電源后，操作盤無數(shù)值。則應(yīng)對(duì)其直流電源進(jìn)行檢測(cè)，判斷直流供電是否正常，若測(cè)得電源電壓正常，則可排除主回路高壓電路故障，進(jìn)而可以推斷出操作盤供電電源的其中一路出現(xiàn)故障。經(jīng)檢測(cè)操作盤交流電壓正常，但直流輸出為零，未發(fā)現(xiàn)短路，則可以判斷該故障為電源電路整流管損壞。

3.2 逐步排除法

逐步排除法是根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因可能所在的部位，并結(jié)合變頻器的電路走向，逐步進(jìn)行排查，直至找到故障原因。

例如，變頻器發(fā)生輸出端三相電壓不平衡故障，對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析可以判斷出有兩種可能：一種是逆變橋內(nèi)某一個(gè)或多個(gè)單元損壞；另一種是6組驅(qū)動(dòng)信號(hào)中有一組或多組無驅(qū)動(dòng)信號(hào)。假如驅(qū)動(dòng)信號(hào)中某一組無信號(hào)，若想進(jìn)一步查出故障的具體位置，可結(jié)合變頻器的電路原理，自上而下逐一排查，所以應(yīng)先檢查驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上端，即CPU輸出端。

首先檢測(cè)CPU輸出端信號(hào)是否正常，若正常，然后依次檢測(cè)光耦輸入端、光耦輸出端、放大電路輸入端、放大電路輸出端信號(hào)是否正常，檢測(cè)結(jié)果無信號(hào)時(shí)，則可判斷為上一段線路或元器件存在故障。

3.3 直接判斷法

直接判斷法是通過分析故障現(xiàn)象，結(jié)合變頻器的工作原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，找出最有可能的故障發(fā)生部位，根據(jù)更換部件后故障是否排除來快速找到故障點(diǎn)的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是故障處理用時(shí)短、故障診斷準(zhǔn)確度高；但缺點(diǎn)是要求工作人員不但具備扎實(shí)的理論知識(shí)還要擁有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適用范圍較小，通常被用于一些常見的典型故障的排除。

例如，一臺(tái)變頻器型號(hào)為616PC5，啟動(dòng)后，高壓指示燈亮起，低壓直流供電均顯示正常，但操作盤無顯示。找出變頻器開關(guān)電源部分電路原理圖，根據(jù)原理圖并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)初步判斷電源側(cè)出現(xiàn)短路故障，而造成短路的原因通常為濾波電容損壞，于是更換濾波電容器。再次接通變頻器電源，操作盤依然無顯示，經(jīng)分析可能是整流二極管老化損壞所致，對(duì)整流二極管進(jìn)行更換后，接通電源，操作盤供電恢復(fù)正常，變頻器故障得到排除[3]。

3.4 電位分析法

變頻器發(fā)生各種故障后，電路中各點(diǎn)的電位勢(shì)必會(huì)發(fā)生變化，利用這一點(diǎn)，可以通過測(cè)量電路中某些關(guān)鍵點(diǎn)上的電位來分析判斷變頻器是否出現(xiàn)故障、故障的部位、故障和類型等。相同，也可以通過電流測(cè)量法來分析判斷變頻器故障。

4 變頻器的維護(hù)與保養(yǎng)

本文以AB PF7000中壓變頻器為例，介紹主要維護(hù)內(nèi)容。

4.1 外觀檢查

檢查前須斷開中壓及控制電源，檢查內(nèi)容包括：

（1）檢查、記錄或標(biāo)記短接線和撥碼開關(guān)設(shè)置；

（2）檢查輸入/輸出/旁路接觸器（斷路器）裝置（無輸出/旁路接觸器（斷路器））；

（3）檢查與接地電纜、動(dòng)力電纜相關(guān)變頻器部件緊固情況；

（4）采用力矩扳手對(duì)松動(dòng)的電纜進(jìn)行緊固；

（5）母排檢查，觀察是否存在因過熱變色跡象；

表1 變頻器自檢項(xiàng)目列表

（6）采用力矩扳手對(duì)母排接頭或固定螺栓進(jìn)行緊固；

（7）檢測(cè)母排、電纜是否有灰塵、絮狀物等污染，并徹底清理；

（8）檢查安全接地、信號(hào)接地是否完好，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參照《變頻器信號(hào)和安全接地的指導(dǎo)原則與實(shí)踐》；

（9）清理所有組件積塵，并將有特殊要求的組件擦拭干凈，積塵清理應(yīng)采用吸塵器，不能直接吹掃；

（10）對(duì)整流器、逆變器、接觸器、諧波濾波器、斷路器及冷卻風(fēng)扇等中壓元器件進(jìn)行外觀檢查，必要時(shí)并進(jìn)行性能測(cè)試，若性能變差，及時(shí)更換；

（11）對(duì)散熱片與插塞配件的固定螺栓進(jìn)行檢查，并進(jìn)行螺栓扭矩測(cè)定；

（12）觀察散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)是否正常，有無卡阻，是否存在異響，并清理風(fēng)扇扇葉積塵；

（13）進(jìn)行絕緣測(cè)試，測(cè)試對(duì)象包括電機(jī)、變頻器、隔離變壓器及電纜接線，測(cè)試工具宜采用兆歐表；

（14）測(cè)量均壓電阻、緩沖電阻阻值及緩沖電容的電容值。

4.2 控制電源檢查

（1）接通中壓變頻器、真空接觸器的輸入和輸出端三相控制電源，對(duì)接觸器的密封及閉合動(dòng)作進(jìn)行檢查。

（2）驗(yàn)證所有控制電源的電平是否正常。

（3）觀察變頻器控制板上電自檢指示燈運(yùn)行情況，查看設(shè)備是否通過所有自檢項(xiàng)目。表1為自檢項(xiàng)目列表。

（4）對(duì)所有冷卻風(fēng)扇運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。

（5）對(duì)控制電源變壓器、DC/DC電源、AC/DC電源及隔離門極驅(qū)動(dòng)電源板電壓進(jìn)行檢測(cè)。

（6）對(duì)門極觸發(fā)脈沖進(jìn)行驗(yàn)證。

4.3 SCR觸發(fā)測(cè)試

變頻器正常運(yùn)行時(shí)，SCR觸發(fā)卡電源由分壓器網(wǎng)絡(luò)中的DC最大值提供。SC R觸發(fā)測(cè)試需斷開中壓電源，因此需借助輔助電源來完成此測(cè)試：將PS2直流電源接入測(cè)試電纜，變頻器置于門極狀態(tài)。測(cè)試時(shí)，LED1－門極脈沖發(fā)出固件觸發(fā)頻率脈沖信號(hào)，黃色指示燈閃爍，SCR接收到選通信號(hào)后，每個(gè)LED隨即亮起[4]。

4.4 SGCT觸發(fā)測(cè)試

將變頻器置于門極測(cè)試，逆變器會(huì)自動(dòng)進(jìn)入門極測(cè)試模式。監(jiān)視各個(gè)SGCT的LED燈，確保LED4（綠色）和LED3（綠色）仍舊亮起，而LED1（紅色）和LED2（黃色）按照變流器工作頻率交替亮起熄滅。

4.5 最后啟動(dòng)前檢查

（1）送中壓電源前，檢查所有組件是否已全部恢復(fù)且處于正常模式，柜內(nèi)無遺留工具和異物。

（2）為驗(yàn)證直流母線正確連接、隔離變壓器相序無誤，需進(jìn)行Idc直流電流測(cè)試。

（3）滿負(fù)荷試驗(yàn)：連接中壓上電，驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，并將運(yùn)行速度逐步升至全速，觀察并記錄波形變化。

（4）若系統(tǒng)配備有NVRAM（非易失型內(nèi)存），將所有參數(shù)重新錄入。

（5）若對(duì)輸入隔離變壓器、主電機(jī)、主電纜進(jìn)行調(diào)整變更，須重新自整定，對(duì)變頻器配置參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置優(yōu)化。

5 結(jié) 論

通過了解變頻器的常見故障，掌握和熟練運(yùn)用變頻器故障的判斷方法，并明確變頻器的維護(hù)與保養(yǎng)方法，能夠快速解決工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中變頻器出現(xiàn)的常見問題，進(jìn)而保障正常生產(chǎn)。