變頻器故障與維修

1、<p><b>　　變頻器故障與維修</b></p><p>　　[摘 要]電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 </p><p>　　變頻器是由整流電路、濾波電路

2、、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對(duì)周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動(dòng)對(duì)象--電動(dòng)機(jī)帶來不良的影響。所以，深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，對(duì)我們的學(xué)習(xí)工作具有十分積極的意義 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]變頻

3、器 工作原理 節(jié)能原理 故障處理 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）33-0378-02 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。起初，變頻技術(shù)只局限于變頻

4、不能變壓。20世紀(jì)70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻（PWM-VVVF）調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，如：調(diào)制波縱向分割法、同相位載波PWM技術(shù)、移相載波PWM技術(shù)、載波調(diào)制波同時(shí)移相PWM技術(shù)等。VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 </p><p

5、><b>　　一、變頻器的概述 </b></p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，因此，在過去很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域大多為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 </p><p>　　由于全控型電力電子器件（如BJT、IGBT）的發(fā)展、SWPM專用集成芯片的開發(fā)、交流電動(dòng)機(jī)矢量變換控制技術(shù)以及單片微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使得交流調(diào)速的性能獲得極大的提高，在許多方

6、面已經(jīng)可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現(xiàn)，使交流調(diào)速已逐漸成為電氣傳動(dòng)中的主流。交流調(diào)速傳動(dòng)控制技術(shù)之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關(guān)鍵性技術(shù)的突破性進(jìn)展有關(guān)，它們是電力電子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技術(shù)、基于電力電子電路的電力變換技術(shù)、交流電動(dòng)機(jī)的矢量變換控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、PWM（Pulse Width Modulation）技術(shù)以及以微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)等。 </

7、p><p>　　60年代中期，普通晶閘管、小功率晶體管的實(shí)用化，使交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速也進(jìn)入了實(shí)用化。采用晶閘管的同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)、采用電壓型或電流型晶閘管變頻器的籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（包括不屬變頻方案的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)）等先后實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化，使變頻調(diào)速開始成為交流調(diào)速的主流，此后的20多年中，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)以驚人的速度向前發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)也隨之取得了日新月異的進(jìn)步。 <

8、;/p><p>　　二、變頻器的基本原理 </p><p>　　變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡绷髦虚g電路將直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉(zhuǎn)換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會(huì)在電路內(nèi)加入CPU等部件，來進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)矩運(yùn)算。 </p><p>　　三、變頻器調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理 </p>&

9、lt;p>　　實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU/DSP）等部分組成。首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對(duì)U/

10、f協(xié)調(diào)控制的要求。PWM的優(yōu)點(diǎn)是能消除或抑制低次諧波，使負(fù)載電機(jī)在近正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈沖小，調(diào)速范圍寬。 </p><p>　　采用PWM控制方式的電機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。如對(duì)壓縮機(jī)來講，一般不超過7000r/rain。而采用PAM控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高1.5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時(shí)，由于PAM在調(diào)整電壓時(shí)具有對(duì)電流波形的整形作用，因而可以獲得比PWM更高的效率。此外，在

11、抗干擾方面也有著PWM無法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對(duì)電網(wǎng)的污染。采用該控制方式的變頻調(diào)速技術(shù)后，電機(jī)定子電流下降64% ，電源頻率降低30% ，出膠壓力降低57% 。由電機(jī)理論可知，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為： </p><p>　　n=60?f 8（1―8）/p </p><p>　　f s為電機(jī)定子頻率（也即是電網(wǎng)頻率），P電機(jī)定子的繞組極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。由上式可知，只要

12、轉(zhuǎn)差率不太大，可以近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速n與f s成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。例如一個(gè)額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分的電動(dòng)機(jī)，由變頻器供電，若啟動(dòng)頻率設(shè)定為5Hz，那么變頻器可以運(yùn)行在5～50Hz之間的任一頻率上，則電動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在300～3000轉(zhuǎn)/分之間的任一轉(zhuǎn)速上。電動(dòng)機(jī)由市電啟動(dòng)，啟動(dòng)平衡，力矩大又節(jié)能。50Hz、380V的市電經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)后成為直流電，再經(jīng)過逆變環(huán)節(jié)變成了頻率和幅度都可

13、調(diào)的交流電。在變頻器主回路中電能經(jīng)過了交流--直流-- 交流的變換，所以這類變頻器稱作交--直--交類變頻器。變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)這也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。 </p><p>　　四、變頻器外部引起的故

14、障？ 　　1、變頻器的工作環(huán)境 </p><p>　　溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，可安裝散熱裝置并避免日光直射以避免溫度過高；振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，可安裝在振動(dòng)沖擊較小的部位或者采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等會(huì)造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對(duì)控制柜進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　2、外部的電磁感

15、應(yīng)干擾 </p><p>　　外部的電磁感應(yīng)干擾可能會(huì)引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正?；蛲C(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器?？刹捎靡韵路椒ㄒ种圃肼暩蓴_：？①采用屏蔽線回路②接地端子單獨(dú)使用；③縮短控制回路的配線距離；④周圍的繼電器、接觸器線圈上加裝RC吸收器；⑤輸入端安裝噪聲濾波器。？ </p><p><b>　　3、電源異常 </b></p><p&

16、gt;　　為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，對(duì)變頻器供電電源也有相應(yīng)的要求。如果附近有直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)和電磁爐等設(shè)備，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮負(fù)載電機(jī)的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補(bǔ)償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測(cè)速電機(jī)的檢測(cè)來防止在加速中的過電流。對(duì)于要求不能停止運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)變頻器加裝自動(dòng)切換的不停電電源裝置。？ </p>&

17、lt;p>　　4、雷擊、感應(yīng)雷電雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時(shí)也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時(shí)，斷路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時(shí)，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時(shí)，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側(cè)有

18、真空斷路器，因在控制順序上應(yīng)在真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開。？ </p><p>　　五、變頻器內(nèi)部引起的故障？ </p><p>　　1、參數(shù)設(shè)置引起的故障 </p><p>　　應(yīng)多注意電動(dòng)機(jī)參數(shù)、變頻器控制方式和啟動(dòng)方式的設(shè)定等，若發(fā)生參數(shù)設(shè)置故障，可根據(jù)故障代碼或產(chǎn)品說明書進(jìn)行參數(shù)修改，必要時(shí)可恢復(fù)出廠值，重新設(shè)置。 </p><p&g

19、t;<b>　　2、過電流和過載 </b></p><p>　　如果變頻器一上電就報(bào)過流故障，可能是整流橋或逆變管損壞，需予以更換；若去掉電動(dòng)機(jī)不再報(bào)警，可能是變頻器和電機(jī)間存在斷路；若運(yùn)行中，出現(xiàn)機(jī)械卡死、重載、加速時(shí)間設(shè)置過短或負(fù)載突變也有可能引起過流，應(yīng)從上述可能性逐一排查。 </p><p>　　3、過電壓和欠電壓 </p><p>　

20、　過電壓主要體現(xiàn)為電機(jī)拖動(dòng)大慣性負(fù)載或多電機(jī)拖動(dòng)同一負(fù)載時(shí)由于負(fù)荷分配不均引起；欠電壓主要由電源電壓過低或缺相、一個(gè)直流母線上的電壓過低或欠壓檢測(cè)元件出現(xiàn)問題引起，可檢查供電電壓是否正常，更換故障元件或維修相應(yīng)檢測(cè)電路。 </p><p><b>　　4、過熱故障 </b></p><p>　　應(yīng)注意變頻器的環(huán)境溫度，盡量通風(fēng)，檢查變頻器風(fēng)扇等。？ </p>

21、;<p><b>　　六、故障處理案例 </b></p><p>　　寶鋼煉鐵廠四號(hào)高爐水渣轉(zhuǎn)鼓采用的是西門子6SE70系列變頻器，用來對(duì)脫水轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行控制，選用西門子的6SE7027-2ED61變頻器，配套相應(yīng)的電抗器等器件組成控制柜，該柜把變頻器的故障、電流、轉(zhuǎn)矩等信號(hào)送到PLC中，并接受來自PLC的速度給定、正反轉(zhuǎn)控制、緊急停止等信號(hào)。 </p><p&

22、gt;　　4高爐水渣在生產(chǎn)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段，變頻器合閘時(shí)報(bào)了F011（裝置過流）故障，裝置停機(jī)，電機(jī)啟動(dòng)不起來。根據(jù)使用大全的說明，我們從兩方面著手處理問題。其一，是否負(fù)載過載，是否有電機(jī)、電纜接地，電機(jī)與變頻器是否匹配。其二，控制的動(dòng)態(tài)性能是否合適。采用PMU操作后，裝置運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。說明裝置沒有負(fù)載過載、電機(jī)接地等故障。所以要從系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能上解決問題。查找在系統(tǒng)設(shè)置狀況下的功能連接圖，主要關(guān)注速度調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的功

23、能圖。在功能圖上找出關(guān)鍵的參數(shù)，將這些參數(shù)與類似工藝和設(shè)備上的同樣變頻器的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在某些關(guān)鍵參數(shù)上發(fā)現(xiàn)差異。調(diào)整這些參數(shù)后，裝置運(yùn)行正常。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置完成后，裝置自動(dòng)計(jì)算出電機(jī)模型、電機(jī)辨識(shí)、電機(jī)空載測(cè)量、調(diào)節(jié)器優(yōu)化等參數(shù)，并存儲(chǔ)起來。在其后的參數(shù)設(shè)置過程中，需避免這些參數(shù)不被更改。保持系統(tǒng)控制的最優(yōu)化。 </p><p>　　當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)不要急于對(duì)其復(fù)位，先記錄PMU或OP1S上的故障號(hào)，大多數(shù)變頻器的故

24、障都有故障碼，記錄這些故障碼，便于后期故障的處理。在工礦企業(yè)，若變頻器處于比較核心的位置，應(yīng)做好備件，資金充足的最好備好整機(jī)以便及時(shí)更換，這要處理高效，對(duì)生產(chǎn)的損失減小到最小。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動(dòng)的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成

25、為發(fā)展趨勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性 能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。變頻器和交流電機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具有更寬的允許電壓波動(dòng)范圍、更小的體積、更強(qiáng)的通訊能力，更優(yōu)良的調(diào)速性能，在工礦企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用變頻器在使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)很重要，要想做好變頻器的維護(hù)保養(yǎng)工作，提高變頻器的工作性能延長(zhǎng)變頻

26、器的使用壽命就必須做好日常維護(hù)保養(yǎng)，做好維護(hù)的基礎(chǔ)就是了解變頻器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復(fù)雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種故障，正確的維護(hù)，簡(jiǎn)單的檢修可保證生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]陳國(guó)呈，周勤利.變頻技術(shù)研究[J].上海大學(xué)自動(dòng)

27、化學(xué)院學(xué)報(bào)，1995 </p><p>　　[2]陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[3]呂汀，石紅梅.編.《變頻技術(shù)原理與應(yīng)用》.機(jī)械工業(yè)出版社. </p><p>　　[4]何超.主編.《交流變頻調(diào)速技術(shù)》.北京航空航天大學(xué)出版社. </p><p>　　[5]SIEMENS