變頻器故障診斷技術(shù)研究

張川 姚守龍

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，大量先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備、工藝不斷涌現(xiàn)，變頻器作為一種常用的電力控制設(shè)備，在工業(yè)自動化程度不斷提升的同時也得到了廣泛應(yīng)用。具體運(yùn)作過程中，變頻器會受到很多因素的制約，進(jìn)而對其正常運(yùn)行造成不利影響，甚至出現(xiàn)變頻器故障問題。因此，必須加大變頻器故障研究，針對故障問題作出科學(xué)、合理的診斷，消除故障對變頻器的影響，確保機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文在全面了解變頻器相關(guān)概述的基礎(chǔ)上，分析了幾種故障診斷方法，并結(jié)合具體案例，對變頻器故障診斷技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：變頻器;故障診斷;案例分析

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.318

近年來，隨著工業(yè)自動化的迅速發(fā)展，變頻器在工業(yè)傳動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在大量實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，由于精密器件老化、異常工況、操作失誤等原因變頻器極易產(chǎn)生故障。一旦變頻器產(chǎn)生故障，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí){到操作人員的生命安全，產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。為此，必須重視變頻器故障問題，采取科學(xué)、合理的診斷技術(shù)，及時做好故障診斷工作，找出原因，解決問題，才能保證設(shè)備安全運(yùn)行。

1 變頻器概述

目前，變頻器的應(yīng)用范圍很廣，小到小型家電（冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)），大到壓縮機(jī)、礦場研磨機(jī)等，其作用主要是調(diào)節(jié)設(shè)備頻率、轉(zhuǎn)速。在變頻器尚未出現(xiàn)前，需通過直流電動機(jī)采用達(dá)到調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率的方法進(jìn)行交流電動機(jī)控制的一種電力控制設(shè)備。整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等是構(gòu)成變頻器的主要組成部分。通過內(nèi)部IGBT開斷方式，變頻器可進(jìn)行輸出電源電壓、頻率的調(diào)整。并利用電機(jī)的具體情況，提供其所需的電源電壓，以此滿足調(diào)速、節(jié)能的目標(biāo)。

2 變頻器常見故障類型

1）過電流故障診斷。過電流故障是變頻器最常見，且最復(fù)雜的一種故障形式。當(dāng)發(fā)生過電流故障時，變頻器保護(hù)會立即動作并停機(jī)，同時有故障代碼或故障類型顯示出現(xiàn)。很多時候，可根據(jù)顯示的故障代碼等快速找到故障原因，或進(jìn)行故障排除。但很多情況下，故障產(chǎn)生的原因并不是單一的，是多方面的，例如過電流、短路、過熱、接地等等，這些因素都可能引起變頻器故障。所以在故障診斷中，必須清晰了解過電流故障到底是出現(xiàn)在于哪一個環(huán)節(jié)。在具體診斷過程中，可以按照以下順序進(jìn)行診斷。第一步：觀察變頻器中輸出回路電機(jī)，查看是否在接地與相間短路問題。同時，查看是否存在負(fù)載情況，觀察電網(wǎng)電壓及加速與減速時間合理性，觀察轉(zhuǎn)矩提升及V/F曲線合理性，觀察是否在旋轉(zhuǎn)中直接啟動電機(jī);第二步：加速時，觀察突然加載情況是否存在，主要查看PG碼盤是否存在故障、或碼盤斷線情況，并查看電流傳感器及控制板情況，了解變頻器選型是否合理。第三步：減速時，查看發(fā)電能量回饋情況是否存在等。2）電壓故障診斷。變頻器過電壓是指變頻器運(yùn)作過程中，直流母線電壓在規(guī)范規(guī)定以上，將會對變頻器部分元器件的工作安全造成不利影響。一般來講，產(chǎn)生此類故障的原因包括3點(diǎn)，即第一，電動機(jī)發(fā)電現(xiàn)象，導(dǎo)致變頻器直流母線電壓迅速上升;第二，輸入電壓增加，導(dǎo)致直流母線電壓增高;第三，諧波的干擾作用。目前，在此類變電器故障診斷中，需要檢查電源電壓、直流母線電壓、加減速過程情況、外力拖行電機(jī)運(yùn)行情況、旋轉(zhuǎn)電機(jī)啟動情況。此外，針對欠壓故障診斷，要詳細(xì)檢查整流橋、短接充電電阻接觸器、檢測板及電源板等部件。

3 變頻器故障診斷技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

1）變頻器一類故障診斷。變頻器故障當(dāng)中一類故障也被稱為無損故障，利用故障診斷并處治之后，基本上不會損壞變頻器，此類故障常見類型包括輸入缺相、直流母線過壓欠壓等。因此，診斷時可采用硬件電路法。比如輸入缺相故障診斷，利用硬件電路進(jìn)行診斷時，通過電阻分壓后，可將三項(xiàng)交流電壓整流之后，獲取一個相對較小的電壓值，通過對此電壓值的檢測，可對變頻器是否存在輸入缺相故障進(jìn)行準(zhǔn)確判定?；蛘撸部梢岳密浖\斷法進(jìn)行測定。2）變頻器二類故障診斷。于變頻器而言，二類故障如速度傳感器發(fā)生故障，或逆變器開關(guān)器件開路發(fā)生故障等，此類故障將會損壞變頻器，因此在故障診斷后，設(shè)備雖可繼續(xù)運(yùn)行，但仍會受到一定損傷。其中傳感器故障診斷可采用硬件診斷法、軟件診斷法、矢量控制診斷法等。在變頻器傳感器故障診斷中，采用矢量控制診斷法時，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度極易被負(fù)載測量電壓的諧波所干擾，進(jìn)而對各類傳感器反饋幅度的精確度造成不利影響，甚至?xí)?dǎo)致診斷誤差過大。因此，為達(dá)到最佳診斷效果，可通過分析開關(guān)管的狀態(tài)和母線電壓來恢復(fù)電動機(jī)的相電壓，并保證電路輸出信號達(dá)到設(shè)定極限值，從而判斷是否存在故障。即通過電路電流、三相輸出進(jìn)行電流傳感器故障判斷。在變頻器ICBT開路故障診斷中，采用軟件診斷法效果更好，且便于操作。主要以三相電流平均值法為主，這是一種在計(jì)算機(jī)電機(jī)電流平均值診斷法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種診斷方法?？赏ㄟ^三相電流平均值法進(jìn)行IGBT開路故障診斷，由于系統(tǒng)存在噪聲，因此需設(shè)置一個合理的闕值，才能保證診斷效果良好。闕值取值大小與故障診斷靈敏度息息相關(guān)，一旦闕值太大，則會加大故障診斷難度;若闕值太小，則診斷方法靈敏度下降，因此，必須根據(jù)實(shí)際情況，合理取值。3）變頻器三類故障診斷。針對上述兩種故障，變頻器三類故障危害最大，不僅會損壞變頻器，還難以控制。例如整流橋燒毀、母線電容損壞等，如果診斷出此類問題，對變頻器造成嚴(yán)重?fù)p害，且不易修復(fù)等情況下，可更換新元器件。診斷此類故障時，需先將電源切斷，測試電阻特性參數(shù)，查找故障原因及位置，并及時更換新元器件。

4 案例分析

1）故障現(xiàn)象。某設(shè)備送電過程中發(fā)現(xiàn)，變頻器出現(xiàn)焦糊味情況，為避免發(fā)生更大故障，馬上采取停電措施，對設(shè)備充分放電，隨后拆解查找故障原因。

2）原因分析及故障處理。為準(zhǔn)確找出變頻器故障原因，電氣技術(shù)人員和故障診斷人員共同拆解了變頻器，對主板、連接線進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)，充電電阻存在燒傷痕跡，并對其他元器件進(jìn)行了檢查，無異常情況。隨后采取了充電電阻更換的方法，通過重新通電之后，無異常。為保證設(shè)備運(yùn)行正常，在安裝之后，需做試機(jī)處理，試機(jī)過程中再次出現(xiàn)變頻器頂部焦糊味散出問題，馬上停電。再次進(jìn)行變頻器拆解檢查，發(fā)現(xiàn)再次燒壞充電電阻。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一般產(chǎn)生充電電阻燒壞的原因?yàn)橥姾?，變頻器直流電容充電完成，觸發(fā)和充電電阻并接的接觸器，導(dǎo)致后續(xù)電流通過接觸器觸電，從而完成整個回路供電。通過原因查找，可認(rèn)為本次故障原因在于接觸器觸發(fā)回路存在問題。

應(yīng)更換型號相同的主板，當(dāng)再一次進(jìn)行帶載試機(jī)時，變頻器的電流、轉(zhuǎn)速與另一臺存有一定差異，并不匹配，因此，可認(rèn)為變頻器參數(shù)調(diào)整存在一定問題。這種情況下，需調(diào)整功率參數(shù)，根據(jù)規(guī)定要求，準(zhǔn)確標(biāo)定功率參數(shù)。參數(shù)調(diào)整后，再次帶載試機(jī)，未出現(xiàn)變頻器故障，正常。

5 結(jié)束語

綜上所述，維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的異常狀況，技術(shù)人員測試、分析和診斷，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障原因、部位和程度，對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行評價，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)知檢維修，減少設(shè)備的非正常運(yùn)行。通過設(shè)備故障分析、查找故障根源，采取相應(yīng)措施從根本上解決了設(shè)備故障問題，提高了設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

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