交流變頻器故障及維修保養(yǎng)探討

陳江波

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計研究所，西安 710089）

在科學(xué)技術(shù)日新月異的背景下，工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平明顯提升，變頻器控制是實現(xiàn)自動化控制的基礎(chǔ)，近些年我國變頻器技術(shù)在發(fā)展中持續(xù)完善，越來越多的工業(yè)企業(yè)將這種設(shè)備用于現(xiàn)場生產(chǎn)中。雖然變頻器自身的檢測保護(hù)功能較完善，但是具體生產(chǎn)實踐中，可能因部分人員沒有規(guī)范操作變頻器、沒有定期維護(hù)等，還是會導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障問題。對于工業(yè)企業(yè)而言，變頻器是一種高投資設(shè)備，如果實際使用中能做好故障預(yù)測、評估及維修工作，完善常規(guī)保養(yǎng)，則能顯著降低故障發(fā)生率，確?，F(xiàn)場生產(chǎn)的連續(xù)性，幫助企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1 交流變頻器的介紹

交流變頻器實質(zhì)上就是一個逆變器設(shè)備，其先把交流電轉(zhuǎn)變成直流電，隨后運用電子元件對直流電進(jìn)行開關(guān)動作，使其轉(zhuǎn)變成交流電。通常功率偏大的交流變頻器運用了可控硅，且布置一個可調(diào)頻率的裝置，借此方式使頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)控，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)也是可調(diào)節(jié)的。交流變頻器的優(yōu)點包括：①調(diào)速過程平滑。②調(diào)速范圍相對較大。③調(diào)速效率較高，能耗較低。④啟動電流較小。⑤運行過程平穩(wěn)可靠。⑥節(jié)能效果顯著。

2 交流變頻器常見故障及檢修處理

2.1 變頻控制柜安裝部位引發(fā)的故障

2.1.1 故障現(xiàn)象及成因

變頻器使用期間有規(guī)律地調(diào)整電源頻率、電流及電壓進(jìn)而控制電氣設(shè)備，因為以上指標(biāo)發(fā)生變動時，變頻柜周邊的磁場也會出現(xiàn)一定改變，給周邊的電氣設(shè)備，尤其是電流電壓檢測設(shè)備及控制回路帶來電磁干擾的問題，形成的影響較大。若其周邊還安裝了變頻控制設(shè)備，則不利于裝置的常態(tài)化運作，很可能引起各種電氣故障問題，包括指示燈異常閃爍，裝置誤動作，部分情景下會燒損部分控制元器件。以上這些故障點出現(xiàn)在大型關(guān)鍵設(shè)備上的概率較高。

2.1.2 故障處理方法

（1）選定在適宜位置安裝變頻柜，嚴(yán)禁和控制柜并排安裝，若現(xiàn)場安裝空間受限，則一定要維持超過1 m以上的間距，確保干擾源不對控制設(shè)備運行狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。

（2）針對輸入設(shè)備的電源電流要進(jìn)行隔離處理，嚴(yán)禁出現(xiàn)信號電纜和動力電纜共用電纜橋架的情況，電纜現(xiàn)場敷設(shè)完以后必須覆蓋上橋架蓋板進(jìn)行隔離，確保磁場不會形成回路，生成感應(yīng)電流。

（3）加強(qiáng)可靠性保證，即全部電氣設(shè)備均要進(jìn)行工作接地和保護(hù)接地處理。

（4）為電纜配置運用專用型變頻電力電纜，控制電纜則運用屏蔽電纜，力爭將影響源給電纜帶來的干擾程度降到最低。

（5）若運用以上辦法后依然存在著一些電磁干擾，則可以嘗試運用如下方法處置：其一是把控制燈及按鈕調(diào)換成防電磁干擾的指示燈以及有關(guān)元器件；其二是于既有元器件上并聯(lián)適量適宜的電容，利用其消解掉電磁干擾生成的冗余電能。

2.2 外部設(shè)備故障導(dǎo)致的變頻器報警

和變頻器銜接的設(shè)備或外部檢測裝置運轉(zhuǎn)狀態(tài)欠佳，或者突發(fā)故障異常時容易使變頻器出現(xiàn)報警、跳車等情況。

（1）供給電源質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成裝置報警，比如電壓水平過低，缺相，頻率極度無規(guī)則，形成諧波等。

（2）控制線路電壓級別不正確，控制信號形式有錯誤及通信線路信號出現(xiàn)中斷。

面對以上故障，技術(shù)人員可以采用如下處理方法。

（1）當(dāng)存在供電電源質(zhì)量不合格的故障問題時，變頻器顯示板上通常會呈現(xiàn)出故障代碼，處理這種故障問題常規(guī)方法通常是檢查線路運行情況，判斷其是否存在異常狀況，若按照相關(guān)規(guī)程處理線路后無法消除故障，則只能通過優(yōu)化電源質(zhì)量的形式再行處理，比如增設(shè)無功補(bǔ)償或隔離變壓器去消除電源諧波。

（2）檢查變頻器電路，依照準(zhǔn)確電壓級別提取電壓電流信號，比如電位器的電壓信號為5 V或者24 V，輸送至變頻器內(nèi)的是電壓信號或電流信號；擰緊全部控制電纜的接線端子及通信控制線插接頭，以防因局部接觸不良而造成信號失真。

（3）通過試驗檢測控制系統(tǒng)的啟動形式，確定是遠(yuǎn)程控制還是就地控制，結(jié)合現(xiàn)場實際工況布置適宜的驅(qū)動模式。

2.3 變頻器內(nèi)部問題帶來的故障問題

2.3.1 主板溫度過高及處置辦法

ⅠGBT溫度高實質(zhì)上就是主板構(gòu)件溫度高，成因主要是運行環(huán)境溫度過高或ⅠGBT的實際散熱量過大，熱量發(fā)散效率偏低，經(jīng)過一段時間后就會造成局部溫度過高。理論上，需要把變頻器的ⅠGBT運行溫度調(diào)控在90℃之下。

針對以上情況，可以運用的處置辦法主要有以下幾種。

（1）檢測運行環(huán)境溫度：變頻器現(xiàn)場運行環(huán)境溫度應(yīng)被調(diào)控在40℃內(nèi)，長時間高溫會增加變頻器運行故障發(fā)生率，縮短其使用壽命。

（2）檢測并確保設(shè)備的通風(fēng)量適宜，風(fēng)扇整體運行狀態(tài)良好。

（3）檢查并判斷設(shè)備電機(jī)功率是否高于變頻器額定功率，如果其明顯大于額定功率則要盡早調(diào)整變頻器的容量，提升其與設(shè)備容量之間的匹配度。

（4）很多變頻器設(shè)備使用年限較為長久，內(nèi)部空間內(nèi)嚴(yán)重積灰，可能成為主板溫度過高的誘因，設(shè)備使用單位要定時對變頻器內(nèi)部進(jìn)行清灰處理。

2.3.2 電機(jī)溫度高及處置辦法

導(dǎo)致電機(jī)運行過程中溫度過高的原因除了設(shè)備自身因素之外，與變頻器相關(guān)的主要為電機(jī)過載情況，電機(jī)功率過低或冷卻設(shè)施運行不力，實際散熱效率偏低。也可能是因變頻啟動參數(shù)不合理導(dǎo)致的，降壓啟動時間過于長久，啟動電流在較長時間內(nèi)維持在較高水平上，均會引起電機(jī)溫度過高的情況。

針對這種故障可以采用如下方法處理：試驗檢測電機(jī)通風(fēng)狀態(tài)，若能確定通風(fēng)良好，則要按照技術(shù)規(guī)范逐一檢查變頻器運行參數(shù)是否精準(zhǔn)無誤，尤其是判斷啟動時間是否符合規(guī)定要求。

2.3.3 變頻器啟動故障預(yù)警及解決方法

開啟變頻器環(huán)節(jié)時發(fā)現(xiàn)故障燈不停閃爍，瞬間沒有跳車動作，面對以上這種情況要仔細(xì)檢查設(shè)備運行參數(shù)，判斷參數(shù)是否準(zhǔn)確及布置情況是否符合裝置的現(xiàn)場啟動條件。對故障采用復(fù)位措施以后，如果依然存在故障信號，則要考慮變頻器本體的質(zhì)量有問題，技術(shù)人員要及時聯(lián)系設(shè)備售后服務(wù)進(jìn)行專業(yè)咨詢以盡早解除故障。

2.3.4 變頻器啟動或運行時跳車及解決措施

啟動變頻器設(shè)備發(fā)出報警信號或運行過程中報警。針對以上故障現(xiàn)象，技術(shù)人員先查看故障代碼，和設(shè)備技術(shù)說明書內(nèi)容對比分析，依照故障代碼內(nèi)容處置故障，以上這種狀況多是由于電機(jī)啟動電流偏大或電機(jī)運行過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)導(dǎo)致的。

（1）電機(jī)啟動電流偏大：出現(xiàn)這種狀況時，技術(shù)人員要先檢測變頻器功率容量與電機(jī)運行參數(shù)是否存在異常，試驗檢測變頻器啟動電流是否是額定電流的3～5倍；電力電纜以及電機(jī)絕緣是否均處于良好狀態(tài)。若變頻器現(xiàn)場安裝環(huán)境溫度大于40℃時，變頻器一定要做到降容應(yīng)用。

（2）電機(jī)運轉(zhuǎn)過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)原因主要有2個，其一是設(shè)備自身功率偏大或輸送線路較長，以致啟動設(shè)備環(huán)節(jié)中電網(wǎng)電壓明顯下跌，無法達(dá)到設(shè)備運行允許電壓水平，以致變頻器發(fā)生跳車情況。處置這種故障時通常是檢查判斷裝置功率容量是否適宜，若確定其是適宜的，則要檢測設(shè)備運行啟動時間是否過于短暫，如果設(shè)備在未抵達(dá)設(shè)計轉(zhuǎn)速時就全壓啟動，便會導(dǎo)致大功率裝置啟動操作造成電網(wǎng)電壓水平下降。

（3）中間電路直流電壓偏高，造成中間直流電壓水平偏高，以上這種故障時常發(fā)生在冶金爐體、水泵等大功率設(shè)備啟動、停車環(huán)節(jié)中。其具體成因主要包括如下幾點：一是過電壓保護(hù)控制器工作異常；二是制動斬波器或制動電阻動作異?；螂娮璨贿\作；三是沒有精準(zhǔn)設(shè)置減速時間長度。針對這種故障問題，可以嘗試運用如下方法處理：①檢測過電壓保護(hù)器是否常態(tài)化運作，主要判斷是否能穩(wěn)定輸出電壓，若輸出過程波動程度較大則要盡早更換新的過電壓保護(hù)器；②檢測制動電阻或斬波器各自的完好性，明確制動器是否能正常啟閉，若其工作異常很容易引起這種故障問題；③測量制動減速時長，若和機(jī)械制動時間相比，減速時間偏短則會導(dǎo)致中間電路直流電壓值攀升，若相比之下減速時間較長則會造成制動電阻或變頻器制動單元明顯發(fā)熱。

2.3.5 帶載試車環(huán)節(jié)變頻器故障跳車及解決

設(shè)備載重因素，若設(shè)備長時間處于大負(fù)荷運行狀態(tài)下，導(dǎo)致啟動電流值偏大或啟動時間明顯延長設(shè)置超限，例如，爐體驅(qū)動系統(tǒng)帶爐體運轉(zhuǎn)過程中，由于爐體自身為不規(guī)則體，若在冷態(tài)工況中，爐體發(fā)生偏心狀況的風(fēng)險會相應(yīng)增加，啟動環(huán)節(jié)會因此形成爐體過力矩或過流狀況。為解決以上情況可以通過機(jī)械配重的形式調(diào)整重心，或修改變頻器部分運行參數(shù)以使其運轉(zhuǎn)至正常部位。這類故障多發(fā)生在爐體停爐檢查維修工作中。

2.3.6 缺相故障報警與解決措施

引起這種故障的因素有電機(jī)部分運行參數(shù)異常、電力線路局部出現(xiàn)絕緣破損或斷開狀況、電源質(zhì)量不合格或整流逆變電源模塊有故障缺陷，輸出電壓不準(zhǔn)確。

故障處理時可采用如下方法：測試檢查電機(jī)設(shè)備參數(shù)是否存在異常，電纜絕緣狀態(tài)是否良好及通斷狀況，檢測逆變模塊是否能準(zhǔn)確輸出電壓。

2.3.7 變頻器報接地故障及處置處理辦法

處理這種故障時技術(shù)人員應(yīng)先檢測檢驗電機(jī)運行參數(shù)是否有異常，配合應(yīng)用絕緣搖表檢測絕緣整體狀態(tài)，直流電阻測試儀檢測直流電阻。若執(zhí)行以上檢測項目后能確定電機(jī)與電纜均無異常問題，則要按照技術(shù)規(guī)范逐一檢測變頻器內(nèi)元器件使用性能，及時清除內(nèi)部灰塵，確保設(shè)備內(nèi)部環(huán)境干燥、潔凈。

2.3.8 變頻器不同步故障及處置

本文所提及的“不同步”特指2臺變頻器驅(qū)動1臺設(shè)備的狀況，比如對于主廠房內(nèi)的大型冶金行車，其是由2臺電機(jī)驅(qū)動主鉤實現(xiàn)生產(chǎn)運行的，若電機(jī)實際運轉(zhuǎn)時間或轉(zhuǎn)速不同步，則就會引起這種故障。處理這種故障時，要先檢查是否準(zhǔn)確設(shè)置了電機(jī)及變頻器內(nèi)部參數(shù)，2臺變頻器運行參數(shù)設(shè)計值要保持一致；檢測電機(jī)抱閘系統(tǒng)是否能常態(tài)化運作；若抱閘不開啟或啟閉動作不同步也會誘發(fā)這種故障；檢查電機(jī)運行參數(shù)并判斷其是否和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持一致，尤其是編碼器參數(shù)信息，若經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)其和設(shè)計值之間有很大偏差，則要繼續(xù)檢查編碼器能否正常運轉(zhuǎn)。

3 變頻器的日常維護(hù)

3.1 記錄運行數(shù)據(jù)、故障發(fā)生情況

工業(yè)實際生產(chǎn)中可以支配專人每天詳細(xì)記錄變頻器設(shè)備的輸出頻率、輸出電壓電流及散熱器溫度等參數(shù)信息，將其和說明書上標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患因素，及時將其消除在萌芽中。如果設(shè)備運行過程中已經(jīng)發(fā)生了故障，工作人員要準(zhǔn)確記錄呈現(xiàn)出的故障代碼信息及故障發(fā)生時變頻器的具體運行工況，為后期維修技術(shù)人員分析、排查及解除故障提供可靠的信息支持。

3.2 日常維護(hù)檢查

日常維護(hù)檢查，即在變頻器現(xiàn)場生產(chǎn)過程中或在不拆除設(shè)備蓋板等配套設(shè)施的工況下，工作人員對設(shè)備進(jìn)行通電和啟動試驗，有效監(jiān)測變頻器的實際運轉(zhuǎn)狀況，借此方式排查各種反常狀況。日常檢查的內(nèi)容主要包括鍵盤面板顯示是否正常，儀表指示是否準(zhǔn)確無誤；冷卻風(fēng)扇是否正常運轉(zhuǎn)；變頻器周邊空氣相對濕度和氣溫是否適宜；控制系統(tǒng)是否出現(xiàn)嚴(yán)重積灰情況；電源開關(guān)是否發(fā)生缺相；電動機(jī)運行狀態(tài)是否存在異常；工作電壓以及散熱溫度是否異常等。

3.3 定時進(jìn)行保養(yǎng)

工業(yè)生產(chǎn)實踐中，要結(jié)合變壓器的現(xiàn)場運行環(huán)境及自身負(fù)載特征，編制出最為科學(xué)、合理的檢修周期與制度。在經(jīng)歷使用周期以后，對變頻器進(jìn)行解體、檢查、測量等整體化維護(hù)一次，力爭在早期就排查到故障隱患因素，及時排除，具體操作方法如下。

（1）指派專員定時全面檢查、維護(hù)變頻器設(shè)備，特殊情況下可以對整流、逆變模塊等進(jìn)行解體、檢測、度量、除塵及擰緊處置。

（2）定時清理變頻器內(nèi)粉塵、油及腐蝕雜質(zhì)等。這種清灰保養(yǎng)主要是處理變頻器內(nèi)與風(fēng)路內(nèi)的積灰等污物。運用電子清潔劑噴洗主要印制板構(gòu)件，剔除板面的老化層及導(dǎo)電介質(zhì)。

（3）變頻器的定期清理。處理構(gòu)件以主控板、驅(qū)動板和開關(guān)電源板等為主，經(jīng)濟(jì)條件允許時盡量選用全新品進(jìn)口，及時去除表面老化層及導(dǎo)電機(jī)制；運用先進(jìn)的加膜技術(shù)處置變頻器的主要控制部分，發(fā)揮防塵、防老化、防水和防腐等作用。

（4）針對輸入/輸出端、直流電容、快熔、整流及逆變模塊等進(jìn)行整體檢查，主要運行參數(shù)測試分析，及時更換局部燒損或參數(shù)波動較大的元器件。

（5）時常檢查電源電壓指標(biāo)的變動情況。有針對性地優(yōu)化變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，及時解除負(fù)載變動大的狀況，以防大電流給變頻器運行可靠性造成較大溫度沖擊。

（6）當(dāng)下國內(nèi)通用型“交-直-交”變頻器工作原理的首個步驟是把工頻市電整流成為直流電，將電能供應(yīng)給逆變單元，以上過程中需要使用到大容量的平波電容。當(dāng)下這種大容量電容大部分是運用鋁電解電容，環(huán)境溫度、運用條件和脈動電流指標(biāo)均會對鋁電解電容使用壽命產(chǎn)生一定影響。若工業(yè)企業(yè)引進(jìn)的變頻器組裝了直流電抗器，那么整流環(huán)節(jié)的脈動電流偏低，于普通環(huán)境下運用時，鋁電解電容的使用年限能達(dá)10年左右，和變頻器的壽命相當(dāng)，此時不必考慮更換主平波電容的問題。但如果變壓器設(shè)備現(xiàn)場使用環(huán)境溫度偏高時，或未配置無直流電抗器，那么會導(dǎo)致鋁電解電容的安全使用壽命明顯短縮，需要每隔3～5年更換一次。

（7）建議設(shè)定定期檢查的時間是每年不少于1次。

4 結(jié)束語

本文列舉闡述的交流變頻器故障均是設(shè)備實際生產(chǎn)中的常見故障類型，對于新發(fā)故障筆者所在維修技術(shù)團(tuán)隊也能及時抵達(dá)，但處理時間偏長，同時要經(jīng)歷3～4 h，主要是因為分析判定故障原因需要耗用較長時間，后續(xù)重復(fù)出現(xiàn)時可能在30 min內(nèi)即可處理完成。希望通過分析歸納出的變頻器故障處理辦法、維護(hù)保養(yǎng)措施等，為后期維修施工效率的提升有所幫助。