變頻器的故障診斷與排除

1 引言

在現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟(jì)生活中，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來(lái)越被工業(yè)上所采用。如何在工業(yè)控制中選擇性能好的變頻器和迅速排除生產(chǎn)中變頻器的故障，是專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員共同追求的目標(biāo)。下面結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)談?wù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/變頻器">變頻器的工作原理極其故障與診斷。 信息來(lái)自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

2 變頻器的工作原理

由變頻器的工作原理可以知道，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n=60 f(1-s)/p (1)

式中: n—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;

f—異步電動(dòng)機(jī)的頻率;

s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;

p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

3 變頻器的組成

變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成頻率可調(diào)的交流電源，以實(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其主要由主電路和控制電路組成，主電路包括：整流電路、直流中間、電路逆變電路等;整流電路的作用是把三相或單相交流電變換成直流電，為逆變電路提供所需的直流電源。直流中間電路通過(guò)大容量的電容對(duì)輸出電壓進(jìn)行濾波對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路的功能是在控制電路的控制下將直流中間電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為電壓頻率可調(diào)的交流電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的控制將直流電再逆成交流電?？刂齐娐酚蛇\(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入/輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。

控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電 (電壓、頻率可調(diào))的主電路提供控制信號(hào)的回路?？刂齐娐酚梢韵码娐方M成：頻率、電壓的運(yùn)算電路、主電路的電壓、電流檢測(cè)電路、電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)電路、將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電路。

4 變頻器常見(jiàn)故障與分析

由于變頻器內(nèi)部是大功率的電子元器件，因此對(duì)其工作的物理環(huán)境和電氣環(huán)境具有很高的要求，若物理環(huán)境和電氣環(huán)境達(dá)不到其要求，變頻器常常會(huì)以故障的方式反饋出來(lái)。下面就變頻器常見(jiàn)故障作簡(jiǎn)單的介紹與分析。

4.1變頻器過(guò)溫故障

(1) 故障的原因分析

在炎熱的夏季過(guò)溫是變頻器經(jīng)常發(fā)生的故障，引起故障可能的原因是變頻器工作的環(huán)境溫度過(guò)高，導(dǎo)致變頻器的散熱器溫度超過(guò)報(bào)警電平，將使調(diào)制脈沖的開(kāi)關(guān)的頻率降低或者輸出頻率降低。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

環(huán)境溫度必須在規(guī)定的范圍內(nèi)，在變頻器工作的房間內(nèi)安裝制冷風(fēng)機(jī)，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，制冷風(fēng)機(jī)必須投入運(yùn)行，使變頻器工作在恒溫的環(huán)境中，減少過(guò)溫故障的發(fā)生;變頻器的負(fù)載狀態(tài)和工作/停止周期時(shí)間必須適當(dāng);變頻器的脈沖頻率必須設(shè)定為缺省值。

4.2 電流限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于負(fù)載電動(dòng)機(jī)的功率與變頻器的功率不匹配或者負(fù)載電動(dòng)機(jī)的連接導(dǎo)線太短常常會(huì)導(dǎo)致變頻器發(fā)生電流限幅故障。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

為了防止變頻器發(fā)生電流限幅故障，負(fù)載電動(dòng)機(jī)的功率必須和變頻器的功率相呼應(yīng);連接負(fù)載電動(dòng)機(jī)和變頻器的電纜長(zhǎng)度不得超過(guò)最大允許值;負(fù)載電動(dòng)機(jī)電纜和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部不得有短路或接地故障;輸入變頻器的負(fù)載電動(dòng)機(jī)參數(shù)必須與實(shí)際使用的電動(dòng)機(jī)一致;負(fù)載電動(dòng)機(jī)的定子電阻值必須正確無(wú)誤;檢查負(fù)載電動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)道是否堵塞和負(fù)載電機(jī)是否發(fā)生過(guò)載。

4.3 過(guò)電壓限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于變頻器達(dá)到了過(guò)電壓限幅值或者當(dāng)變頻器斜坡下降時(shí)如果其直流回路控制無(wú)效，可能出現(xiàn)過(guò)電壓限幅這一報(bào)警信號(hào)。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

電源電壓必須在變頻器銘牌數(shù)據(jù)限的數(shù)值以?xún)?nèi);禁止直流回路電壓控制器(p1240=0)，并正確的進(jìn)行參數(shù)化;變頻器的斜坡下降時(shí)間必須與負(fù)載的慣性相匹配;要求變頻器的制動(dòng)功率必須在限定的限幅以?xún)?nèi)。

4.4 欠電壓限幅故障

(1) 故障的原因分析

由于電網(wǎng)的供電電源發(fā)生故障，或者供電電源電壓和與之相應(yīng)的直流回路電壓低于規(guī)定的限定值，以及變頻器使能動(dòng)態(tài)緩沖都是發(fā)生欠電壓限幅故障的根本原因。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

故障診斷和應(yīng)采取的措施，是用戶必須保證使用的電源電壓必須在變頻器銘牌數(shù)據(jù)限定的數(shù)值以?xún)?nèi)。

4.5 變頻器i2t過(guò)溫故障

(1) 故障的原因分析

引起變頻器i2t過(guò)溫故障的主要原因，是變頻器的溫度超過(guò)報(bào)警電平，如果進(jìn)行了參數(shù)化，輸出頻率或脈沖頻率降低。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

檢查變頻器的工作/停止周期的時(shí)間，工作時(shí)間應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi);負(fù)載電動(dòng)機(jī)的功率是否與變頻器的功率相匹配。

4.6 變頻器的工作/停止周期故障

(1) 故障的原因分析

引起變頻器的工作/停止周期故障的原因可能是散熱器溫度與igbt的結(jié)溫之差超過(guò)了報(bào)警的限定值。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

故障診斷和應(yīng)采取的措施是，用戶必須檢測(cè)變頻器的工作/停止周期和沖擊負(fù)載，使其在規(guī)定范圍內(nèi)。

4.7 電動(dòng)機(jī)i2t過(guò)溫故障

(1) 故障的原因分析

如果變頻器帶動(dòng)的負(fù)載電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載或者在負(fù)載的工作/停止周期中，工作時(shí)間太長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)i2t過(guò)溫故障。

(2) 故障診斷和應(yīng)采取的措施

無(wú)論哪一種的過(guò)溫，用戶必須檢查一下各項(xiàng)并采取相應(yīng)的措施：負(fù)載工作/停止周期是否正確;負(fù)載電動(dòng)機(jī)的過(guò)溫度參數(shù)是否設(shè)定正確;電動(dòng)機(jī)的溫度報(bào)警電平是否匹配。

4.8 電動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)丟失故障

引起電動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)丟失的原因主要是：負(fù)載電動(dòng)機(jī)的溫度傳感器的信號(hào)線發(fā)生斷線。如果已檢查出信號(hào)線斷線，溫度監(jiān)控開(kāi)關(guān)應(yīng)切換到采用電動(dòng)機(jī)的溫度模式進(jìn)行監(jiān)控。

在變頻器實(shí)際的工作使用中，發(fā)生的故障遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上面所敘說(shuō)的那些，有些故障是隨機(jī)的，排除它有一定的難度，但是只要詳細(xì)了解變頻器常見(jiàn)故障的基礎(chǔ)上，加上不斷的變頻器再學(xué)習(xí)，借助自己的靈感，相信可以排除那些隨機(jī)發(fā)生的故障。由于變頻器的主回路是非線性 (進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作)，變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量、弱信號(hào)回路，極易遭受其它裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設(shè)備無(wú)法正常的工作。因此，加強(qiáng)變頻器的抗干擾措施也是防止變頻器發(fā)生故障的主要手段。

5 其它注意事項(xiàng)

為了保證變頻器安全可靠無(wú)故障的運(yùn)行，在安裝變頻器時(shí)要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1) 裝有變頻器的控制柜，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離大容量變壓器和電動(dòng)機(jī)。其控制電纜線路也應(yīng)避開(kāi)這些漏磁通大的設(shè)備。

(2) 弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的斷路器和接觸器。

控制電纜建議采用 1.25mm×2或2mm×2屏蔽絞合絕緣電纜。

(3) 屏蔽電纜的屏蔽要連續(xù)到電纜導(dǎo)體同樣長(zhǎng)。電纜在端子箱中連接時(shí)，屏蔽端子要互相連接。

(4) 變頻器的控制電纜、電源電纜和電動(dòng)機(jī)的連接電纜的走線必須相互隔離，不要把它們放在同一個(gè)電纜線槽中和電纜架上。

(5) 變頻器必須可靠接地，如果不把變頻器可靠接地，裝置內(nèi)可能出現(xiàn)導(dǎo)致人身傷害的潛在危險(xiǎn)。

(6) 變頻器在供電電源的中性點(diǎn)不接地的情況下是不允許使用的。電源(中性點(diǎn))不接地時(shí)需要從變頻器中拆掉“y”形接線的電容器。

6 結(jié)束語(yǔ)

我車(chē)間的高壓氨水泵電機(jī)采用變頻器控制后，在車(chē)間的節(jié)能和氨水壓力控制和調(diào)節(jié)方面起著明顯的效果，但是以上談及的故障時(shí)常會(huì)發(fā)生的，有時(shí)是幾個(gè)故障共同存在的，所以在使用和維護(hù)等工作中，尤其要注意變頻器的故障問(wèn)題，只有做好變頻器抗干擾措施和加強(qiáng)變頻器的維護(hù)，才能降低變頻器故障發(fā)生率，才能充分發(fā)揮變頻器的優(yōu)越性能。