變頻器故障與維修

1、<p><b>　　變頻器故障與維修</b></p><p>　　[摘 要]電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能，高效率、高功率因數和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。 </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體開關元件，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引起電網電壓波形的畸變，產生無線電干擾電波，它們對周邊的設備、包括變頻器的驅動對象--電動機帶來不良的影響。所以，深入了解交流傳動與控制技術的走向，對我們的學習工作具有十分積極的意義 </p><p>　　[關鍵詞]變頻

3、器 工作原理 節(jié)能原理 故障處理 </p><p>　　中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）33-0378-02 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　變頻技術是應交流電機無級調速的需要而誕生的。電力電子器件的更新促使電力變換技術的不斷發(fā)展。起初，變頻技術只局限于變頻

4、不能變壓。20世紀70年代開始，脈寬調制變壓變頻（PWM-VVVF）調速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的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：調制波縱向分割法、同相位載波PWM技術、移相載波PWM技術、載波調制波同時移相PWM技術等。VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業(yè)的各個領域得到廣泛應用。 </p><p

5、><b>　　一、變頻器的概述 </b></p><p>　　直流調速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標，因此，在過去很長時期內，調速傳動領域大多為直流電動機調速系統(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)、交流電動機矢量變換控制技術以及單片微型計算機的應用，使得交流調速的性能獲得極大的提高，在許多方

6、面已經可以取代直流調速系統(tǒng)，特別是各類通用變頻器的出現，使交流調速已逐漸成為電氣傳動中的主流。交流調速傳動控制技術之所以發(fā)展得如此迅速，和如下一些關鍵性技術的突破性進展有關，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、基于電力電子電路的電力變換技術、交流電動機的矢量變換控制技術、直接轉矩控制技術、PWM（Pulse Width Modulation）技術以及以微型計算機和大規(guī)模集成電路為基礎的全數字化控制技術等。 </

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

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變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電進行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路內加入CPU等部件，來進行必要的轉矩運算。 </p><p>　　三、變頻器調速運行的節(jié)能原理 </p>&

9、lt;p>　　實現變頻調速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅動電路、保護電路以及控制器（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；通過改變調制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調速對U/

10、f協調控制的要求。PWM的優(yōu)點是能消除或抑制低次諧波，使負載電機在近正弦波的交變電壓下運行，轉矩脈沖小，調速范圍寬。 </p><p>　　采用PWM控制方式的電機轉速受到上限轉速的限制。如對壓縮機來講，一般不超過7000r/rain。而采用PAM控制方式的壓縮機轉速可提高1.5倍左右，這樣大大提高了快速增速和減速能力。同時，由于PAM在調整電壓時具有對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，減小對電網的污染。采用該控制方式的變頻調速技術后，電機定子電流下降64% ，電源頻率降低30% ，出膠壓力降低57% 。由電機理論可知，異步電機的轉速可表示為： </p><p>　　n=60?f 8（1―8）/p </p><p>　　f s為電機定子頻率（也即是電網頻率），P電機定子的繞組極對數，s為轉差率。由上式可知，只要

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

13、調的交流電。在變頻器主回路中電能經過了交流--直流-- 交流的變換，所以這類變頻器稱作交--直--交類變頻器。變頻調速這一技術正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應用變頻調速技術也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產出的設備較多的企業(yè)，采用變頻調速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經濟利益，同時這也是國民經濟可持續(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；振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，可安裝在振動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造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，可對控制柜進行防腐防塵處理，并采用封閉式結構。 </p><p>　　2、外部的電磁感

15、應干擾 </p><p>　　外部的電磁感應干擾可能會引起控制回路誤動作，造成工作不正?；蛲C，嚴重時甚至損壞變頻器?？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;　　為保證設備的正常運行，對變頻器供電電源也有相應的要求。如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設備，應和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響。對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的場合，除選擇合適價格的變頻器外，還應預先考慮負載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當電壓回復后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流。對于要求不能停止運行的設備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置。？ </p>&

17、lt;p>　　4、雷擊、感應雷電雷擊或感應雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。此外，當電源系統(tǒng)一次側帶有真空斷路器時，斷路器開閉也能產生較高的沖擊電壓。變壓器一次側真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側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。當使用真空斷路器時，應盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如變壓器一次側有

18、真空斷路器，因在控制順序上應在真空斷路器動作前先將變頻器斷開。？ </p><p>　　五、變頻器內部引起的故障？ </p><p>　　1、參數設置引起的故障 </p><p>　　應多注意電動機參數、變頻器控制方式和啟動方式的設定等，若發(fā)生參數設置故障，可根據故障代碼或產品說明書進行參數修改，必要時可恢復出廠值，重新設置。 </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；若去掉電動機不再報警，可能是變頻器和電機間存在斷路；若運行中，出現機械卡死、重載、加速時間設置過短或負載突變也有可能引起過流，應從上述可能性逐一排查。 </p><p>　　3、過電壓和欠電壓 </p><p>　

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

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

22、gt;　　4高爐水渣在生產試運轉階段，變頻器合閘時報了F011（裝置過流）故障，裝置停機，電機啟動不起來。根據使用大全的說明，我們從兩方面著手處理問題。其一，是否負載過載，是否有電機、電纜接地，電機與變頻器是否匹配。其二，控制的動態(tài)性能是否合適。采用PMU操作后，裝置運行，電機運轉起來。說明裝置沒有負載過載、電機接地等故障。所以要從系統(tǒng)的動態(tài)性能上解決問題。查找在系統(tǒng)設置狀況下的功能連接圖，主要關注速度調節(jié)器、轉矩調節(jié)器和電流調節(jié)器的功

23、能圖。在功能圖上找出關鍵的參數，將這些參數與類似工藝和設備上的同樣變頻器的參數進行比對，在某些關鍵參數上發(fā)現差異。調整這些參數后，裝置運行正常。系統(tǒng)參數設置完成后，裝置自動計算出電機模型、電機辨識、電機空載測量、調節(jié)器優(yōu)化等參數，并存儲起來。在其后的參數設置過程中，需避免這些參數不被更改。保持系統(tǒng)控制的最優(yōu)化。 </p><p>　　當發(fā)現故障時不要急于對其復位，先記錄PMU或OP1S上的故障號，大多數變頻器的故

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，應做好備件，資金充足的最好備好整機以便及時更換，這要處理高效，對生產的損失減小到最小。 </p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　隨著現代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發(fā)展，促進了電氣傳動的技術革命。交流調速取代直流調速，計算機數字控制取代模擬控制已成

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

26、器的使用壽命就必須做好日常維護保養(yǎng)，做好維護的基礎就是了解變頻器的基本結構和工作原理。變頻器由許多集成芯片，電子元器件等組成，裝置較為復雜，壽命一般小于10年，使用過程中不可避免的會出現各種故障，正確的維護，簡單的檢修可保證生產生活的正常進行。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]陳國呈，周勤利.變頻技術研究[J].上海大學自動

27、化學院學報，1995 </p><p>　　[2]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統(tǒng)（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[3]呂汀，石紅梅.編.《變頻技術原理與應用》.機械工業(yè)出版社. </p><p>　　[4]何超.主編.《交流變頻調速技術》.北京航空航天大學出版社. </p><p>　　[5]SIEMENS