变频器的故障诊断与维修

《电气应用》2005年第 24卷第 7期 变频器的故障诊断与维修 闫 俊 张大春 (贵阳卷烟厂烟叶购销公司 550000) 摘 要 变频器由于集成度高、功能强大，故障的排除有一定程度的复杂性，介绍了变频器 常见故障诊断方法与维修实例。 关键词 变频器 单片机系统 主回路 控制回路 言 2 升速 变频器在调速时转差功率不变，只要平滑调节 频率，就可得到转速的平滑调节，由于变频器调速 时，电动机运行在固有特性上，所以在各种电机调 速系统中效率最高 ，同时性能也最好，其调速范围 相当宽，根据不同的变频电源，调速范围可在 100 ：1上，甚至可从零频率开始运行，并保持其指标， 是交流调速的主要发展方向，在现代工业中已广泛 使用。 变频器由于原理、结构复杂，其故障的排除有 一 定程度的复杂性。变频器在运行中发生故障，有 属于硬件方面的品质毛病，也有使用维护不得法方 面的问题。对于前者，要通过找到故障硬件进 行修复或更换，但查找重点一般放在控制中心—— 单片机系统以外的电路上。这是因为单片机系统与 其他电路之间都没有可靠的隔离，故障率很 低，即使发生故障，现场条件和常规手段也难以监 测。对于使用维护方面的问题，应以变频器自诊断 及保护功能动作时显示的信息为线索进行分析，同 时采用适当的检测手段找到故障点并修复。 2 常见故障诊断 2．1 变频器无输 出电压 故障原因为： (1)主回路不通 重点检查主回路通道中所有 开关、断路器、接触器及电力电子器件是否完好， 导线接头有无接触不良或松脱。 (2)控制回路接线错误 ，变频器未正常起动 以说明书为依据，认真核对控制回路接线 ，找出错 误处并加以纠正。 (1)交流电源或变频器输出缺相 电源缺相使 变频器输出电压降低，变频器输出缺相造成三相电 压不对称而产生负序转矩，都使电动机电磁转矩变 小，不能驱动负载加速，应检查熔丝有无烧断，导 线接头有无松脱断路。 (2)频率或电流设定值偏小 频率设定在低值 点上使频率受到限制无法升高而不能加速。电流值 设定偏小，则产生最大转矩的能力被限制，使电动 机剩余转矩过小而不能加速。因此，应检查频率和 电流设定值是否适当。看电流设定值已达变频器的 最大值，这说明变频器容量偏小，应换较大容量变 频器。 (3)调速电位器接触不良或相关元件损坏，使 频率给定值不能升高。 2．3 转速不稳或不能平滑调节 这种故障一般受外界条件变化的影响，故障出 现无规律且多为暂短性，主要影响源为： (1)电源电压不稳定。 (2)负载有较大波动。 (3)外界噪声干扰使设定频率起变化。 可通过检测找到故障点和采取相应的解决措 施 。 2．4 过电流故障 这是较常见的故障，可从电源负载变频器振荡 干扰等方面找原因。 (1)电源电压超限或缺相 电压超限而过高或 过低，应按说明书规定的范围进行调整。无论电源 缺相或变频器输出缺相，都导致电动机转矩减小而 过流。 (2)负载过重或负载侧短路 重点检查机组有 一 99 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 《电气应用》2OO5年第 24卷第 7期 变频器的故障诊断与维修 无异声，振动和卡滞现象，是否因工艺条件或操作 方法改变而造成超载。负载侧短路或接地，可用兆 欧表进行检测。逆变器同一桥臂的两只晶体管同时 导通也形成短路。 (3)变频器设定值不适当 一是电压频率特性 曲线中电压提升大于频率提升，造成低频高压而过 流。二是加速时间设定过短，需要加速转矩过大而 造成过流。三是减速时间设定过短，机组迅速再生 发电回馈给中间回路，造成中间回路电压过高和制 动回路过流。 (4)振荡过流 一般只在某转速 (频率)下运 行时发生。主要原因有两个：一是电气频率与机械 频率发生共振，二是纯电气回路所引起，如功率开 关管的死区控制时间，中间直流回路电容电压的波 动，电动机滞后电流的影响及外界干扰源的干扰 等。找出发生振荡的频率范围后 ，可利用跳跃频率 功能回避该共振频率。 (5)电流互感器损坏 其现象表现为，变频器 主回路送电，当变频器未启动时，有电流显示且电 流在变化，这样可判断互感器已损坏。 (6)主电路接 口板电流、电压检测通道被损 坏，也会出现过流 电路板损坏可能是：①由于环 境太差，导电性固体颗粒附着在电路板上，造成静 电损坏。或者有腐蚀性气体，使电路被腐蚀。②电 路板的零电位与机壳连在一起，由于柜体与地角焊 接时，强大的电弧，会影响电路板的性能。③由于 接地不良，电路板的零伏受干扰，也会造成电路板 损坏。 (7)由于连接插件不紧、不牢 例如电流或电 压反馈信号线接触不良，会出现过流故障时有时无 的现象。 (8)当负载不稳定时，建议使用 DTC模式 因为 DTC控制速度非常快，每隔 25／~s产生一组精 确的转矩和磁通的实际值，再经过电动机转矩比较 器和磁通比较器的输出，优化脉冲选择器决定逆变 器的最佳开关位置，这样有利用抑制过电流。另 外，速度环的自适应 (AUTOTUNE)会 自动调整 PID参数，从而使变频器输出电动机电流平稳。 如以上几个方面都正常，则可能是选择的变频 器容量偏小所致，应考虑换大。 2．5 过电压故障 此故障常发生在机组减速制动时，过压原因大 — — ，00 —— 都与中间回路及制动环节有关，主要是： (1)电源电压过高，一般超过 10％以上。 (2)制动电阻值过大或损坏，无法及时释放回 馈的能量而造成过电压。 (3)中间回路滤波电容失效 (电容较小)或检 测电路故障。应认真检查电容器有无异味、变色， 安全阀是否胀出，箱体有无变形及漏液。此电容器 一 般五年应更换一次。 (4)减速时间设定过短。 2．6 低电压故障 主要问题在电源方面。 (1)交流电源电压过低或缺相。 (2)供电变压器重量缩小，线路阻抗过大，带 载后变压器及线路压降过大而造成变频器输入电压 偏低。 (3)变频器整流桥二极管损坏使整流电压降 低。 2．7 电动机运行正常，但温度过高 主要原因为： (1)设定的 ／f特性和电动机特性不适配。 (2)连续低速运行。 (3)负载过大。 (4)变频器输出三相电压不平衡。 2．8 环境温度过高 (1)内部冷却风扇损坏或运转不正常。 (2)通风口被杂物堵塞。 (3)负载过重。 对上述各种故障的诊断，通过检测分析，一般 均可较快找到故障点。 3 维修实例 (1)富士变频器通电后各种显示正常，但无输 出电压。查电源主回路通道完好 ，核对控制回路接 线无错误，因显示正常，变频器内部应无故障。进 一 步检查控制回路，才发现 FWD (正转)与 cM (公共端)之间串联的接触器常开辅助触头未接通， 使变频器不能正常启动。将触头修复好，故障排 除。 (2)富士变频器运行中过电流报警，查电源主 回路通道完好，无过载及短路现象，通电测试发现 输出电压缺相，从而造成过流。拆开变频器，切断 驱动电路，用万用表测试功能模块各开关管完好， 维普资讯 http://www.cqvip.com 变频器的故障诊断与维修 《电气应用》2oo5年第 24卷第 7期 判断为触发电路故障。查主板插座 CN7、CN8的 PWM脉冲信号，果然有一相无输出，追踪观察无 PSU磁通指令，而 PSU信号是由运放 IC8的 l4脚 输出，侧 IC8输出信号正常，判断 IC8(LM324) 损坏，更换后正常。 (3)富士变频器运行中电动机不工作，变频器 无故障输出，查可编程控制器输人点有变频器运行 输出。变频器面板显示频率 1～3Hz，调速电位器 失控，查调速电位器线路无错误 ，查电源主回路通 道完好，核对控制回路接线无错误，设备检查发现 减速器卡死，更换减速器后设备正常运行，但为何 变频器无过载报警，经检查发现无过载报警的原因 系变频器转矩提升量设定过小，按照负载惯量重新 设定后故障排除。 (4)三菱变频器带负荷时调速易过载，经检查 发现变频器设定加、减速时间过短，将加、减速时 间延长 (符合设备要求)，故障排除。 (5)艾默生变频器运行中过电流报警，查电源 主回路通道完好，无过载及短路现象。检查电源电 压正常，拆除电动机主回路手动运行，仍显示过电 流报警，初步判断为主电路接口板电流检测通道被 损坏，进一步检查发现变频器接地不良，原因系变 频器接地线氧化。将接地线重新连接后，故障排 除。 4 结束语 变频器由于集成度高、功能强大，在现代工业 中广泛应用，其运行的好坏跟安装和维护保养有很 大关系。只有仔细读懂说明书，勤于分析和解决问 题，搞好维护保养工作，才能最大限度地保证设备 的正常运行。 参考文献 1 陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业 出版 社 ，1992 2 顾绳谷 ．电机及拖动基础．北京 ：机械工业出版社， 1992 收稿日期：2004—10—08 —址 —；止—址 —址 址 —址 —；止 —址 —址 —址 —址 —址 —址 —址 —；止 —址 —址 —址 —址 —；止 —址 —址 址 —址 —；止 —址 —址 —；止 —址 —址 —址 —址 —；止 —址 —址 —址 —址 —址 —址 —址 址 —址 —址 —址 —址 —址 —址 (上接第 73页) 如欲采用 l2相以上 (不包括 l2相)的等效相数 时，必须经过技术经济比较。 从表4中看出，当相控角 a加大时，允许的 整流装置容量急剧减少，这是由于在一定条件下， 相控角增加会使换相角减小，电流谐波含量增加。 4．4 安装有源滤波器 (APF) 抑制谐波的新措施有磁通补偿法、谐波注入 法、谐波回送法、安装有源滤波器等方法。这里只 简单的介绍有源滤波器，其他方法不再介绍。 这种滤波器是向电网送人与原有谐波电流幅值 相等、相位相同、方向相反的电流，使流人电源的 总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。 有源电力滤波器仅能补偿高次谐波，还可抑制 闪变，补偿无功等。可 自动跟踪补偿变化着的谐 波，即具有高度可控性和快速响应的特点。并且补 偿效果好，可以做成仅补偿谐波电流，容量可相应 较小。由于它对电网参数没有影响，不存在谐振的 危险，使用较灵活，因此是一种很有发展前景的谐 波补偿装置。 此法目前还只用于小容量谐波源的补偿，且造 价较高。 5 结束语 整流装置整流后产生的高次谐波虽然对电网有 污染，但若采用上述列举的一种或几种有效的抑制 措施，通过综合治理，必能使电能质量符合国家标 准要求，取得较好的社会效益和经济效益。 参考文献 1 沈阳铝镁设计研究院编 ．硅整流所电力设计 ．北京：冶 金工业出版社 ，1983 2 张直平编 ．城市电网谐波手册 ．北京：中国电力出版 社 ．2001 收稿 日期 ：2005—05—08 维普资讯 http://www.cqvip.com