1、变频器故障与维修摘 要电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 变频器是由整流电路、滤波电路、逆变电路组成。其中整流电路和逆变电路中均使用了半导体开关元件，在控制上则采用的是 PWM 控制方式，这就决定了变频器的输入、输出电压和电流除了基波之外，还含有许多的高次谐波成分。这些高次谐波成分将会引起电网电压波形的畸变，产生无线电干扰电波，它们对周边的设备、包括变频器的驱动对象-电动机带来不良的影响。所以，深入
2、了解交流传动与控制技术的走向，对我们的学习工作具有十分积极的意义 关键词变频器 工作原理 节能原理 故障处理 中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0378-02 引言 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换技术的不断发展。起初，变频技术只局限于变频不能变压。20 世纪 70 年代开始，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20 世纪 80 年代，作为变频技术核心的 PWM 模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，如：调制波纵向分割法、同相位载波 PWM 技术、移
3、相载波 PWM 技术、载波调制波同时移相 PWM 技术等。VVVF 变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。 一、变频器的概述 直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标，因此，在过去很长时期内，调速传动领域大多为直流电动机调速系统。 由于全控型电力电子器件（如 BJT、IGBT）的发展、SWPM 专用集成芯片的开发、交流电动机矢量变换控制技术以及单片微型计算机的应用，使得交流调速的性能获得极大的提高，在许多方面已经可以取代直流调速系统，特别是各类通用变频器的出现，使交流调速已逐渐成为电气传动中的主流。交流调速传动控制技术之所以发
4、展得如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。 60 年代中期，普通晶闸管、小功率晶体管的实用化，使交流电动机变频调速也进入了实用化。采用晶闸管的同步电动机自控式变频调速系统、采用电压型或电流型晶闸管变频器的笼型异步电动机调速系统（包括不属变频方案的绕线转子异步电动机的串级调速系统）等先后实现了实用化，使变频调速开始成为交流调速的主流，此
5、后的 20 多年中，电力电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。 二、变频器的基本原理 变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路中的整流器将交流电转变为直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波，逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电，部分变频器还会在电路内加入 CPU 等部件，来进行必要的转矩运算。 三、变频器调速运行的节能原理 实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU/DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器
6、上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对 U/f 协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 采用 PWM 控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过 7000r/rain。而采用 PAM 控制方式的压缩机转速可提高1.5 倍左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于 PAM 在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以
7、获得比 PWM 更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着 PWM 无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后，电机定子电流下降 64% ，电源频率降低 30% ，出胶压力降低 57% 。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为： n=60?f 8（18）/p f s 为电机定子频率（也即是电网频率） ，P 电机定子的绕组极对数，s 为转差率。由上式可知，只要转差率不太大，可以近似认为转速 n 与 f s 成正比，这就意味着连续平滑的改变电源频率，就可以实现交流电动机大范围的连续平滑调速。例如一个额定转速 3000 转/分的电动机，由变频器供电，若启动频率
8、设定为 5Hz，那么变频器可以运行在 550Hz 之间的任一频率上，则电动机可以运行在 3003000 转/分之间的任一转速上。电动机由市电启动，启动平衡，力矩大又节能。50Hz、380V 的市电经过整流滤波环节后成为直流电，再经过逆变环节变成了频率和幅度都可调的交流电。在变频器主回路中电能经过了交流-直流- 交流的变换，所以这类变频器称作交-直-交类变频器。变频调速这一技术正越来越广泛的深入到行业中。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势应用变频调速技术也是改造挖潜、增加效益的一条有效途径。尤其是在高能耗、低产出的设备较多的企业，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益，同时这也是国民
9、经济可持续发展的需要。 四、变频器外部引起的故障？ 1、变频器的工作环境 温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，可安装散热装置并避免日光直射以避免温度过高；振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，可安装在振动冲击较小的部位或者采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等会造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路，可对控制柜进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构。 2、外部的电磁感应干扰 外部的电磁感应干扰可能会引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。可采用以下方法抑制噪声干扰：？采用屏蔽线回路接地端子单独使用；缩短控制回路的配线距离；周围的继电器、接触器线圈上加装
10、 RC 吸收器；输入端安装噪声滤波器。？ 3、电源异常 为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也有相应的要求。如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，应和变频器供电系统分离，减小相互影响。对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流。对于要求不能停止运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。？ 4、雷击、感应雷电雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，断路器开闭也能产生较高的冲击
11、电压。变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加 RC 浪涌吸收器。如变压器一次侧有真空断路器，因在控制顺序上应在真空断路器动作前先将变频器断开。？ 五、变频器内部引起的故障？ 1、参数设置引起的故障 应多注意电动机参数、变频器控制方式和启动方式的设定等，若发生参数设置故障，可根据故障代码或产品说明书进行参数修改，必要时可恢复出厂值，重新设置。 2、过电流和过载 如果变频器一上电就报过流故障，可能
12、是整流桥或逆变管损坏，需予以更换；若去掉电动机不再报警，可能是变频器和电机间存在断路；若运行中，出现机械卡死、重载、加速时间设置过短或负载突变也有可能引起过流，应从上述可能性逐一排查。 3、过电压和欠电压 过电压主要体现为电机拖动大惯性负载或多电机拖动同一负载时由于负荷分配不均引起；欠电压主要由电源电压过低或缺相、一个直流母线上的电压过低或欠压检测元件出现问题引起，可检查供电电压是否正常，更换故障元件或维修相应检测电路。 4、过热故障 应注意变频器的环境温度，尽量通风，检查变频器风扇等。？ 六、故障处理案例 宝钢炼铁厂四号高炉水渣转鼓采用的是西门子 6SE70 系列变频器，用来对脱水转鼓进行控
13、制，选用西门子的 6SE7027-2ED61 变频器，配套相应的电抗器等器件组成控制柜，该柜把变频器的故障、电流、转矩等信号送到 PLC 中，并接受来自 PLC 的速度给定、正反转控制、紧急停止等信号。 4 高炉水渣在生产试运转阶段，变频器合闸时报了 F011（装置过流）故障，装置停机，电机启动不起来。根据使用大全的说明，我们从两方面着手处理问题。其一，是否负载过载，是否有电机、电缆接地，电机与变频器是否匹配。其二，控制的动态性能是否合适。采用 PMU 操作后，装置运行，电机运转起来。说明装置没有负载过载、电机接地等故障。所以要从系统的动态性能上解决问题。查找在系统设置状况下的功能连接图，主要
14、关注速度调节器、转矩调节器和电流调节器的功能图。在功能图上找出关键的参数，将这些参数与类似工艺和设备上的同样变频器的参数进行比对，在某些关键参数上发现差异。调整这些参数后，装置运行正常。系统参数设置完成后，装置自动计算出电机模型、电机辨识、电机空载测量、调节器优化等参数，并存储起来。在其后的参数设置过程中，需避免这些参数不被更改。保持系统控制的最优化。 当发现故障时不要急于对其复位，先记录 PMU 或 OP1S 上的故障号，大多数变频器的故障都有故障码，记录这些故障码，便于后期故障的处理。在工矿企业，若变频器处于比较核心的位置，应做好备件，资金充足的最好备好整机以便及时更换，这要处理高效，对生
15、产的损失减小到最小。 结论 随着现代电力电子技术及计算机控制技术的迅速发展，促进了电气传动的技术革命。交流调速取代直流调速，计算机数字控制取代模拟控制已成为发展趋势。交流电机变频调速是当今节约电能，改善生产工艺流程，提高产品质量以及改善运行环境的一种主要手段。变频调速以其高效率，高功率因数，以及优异的调速和启制动性 能等诸多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。变频器和交流电机组成的交流调速系统具有更宽的允许电压波动范围、更小的体积、更强的通讯能力，更优良的调速性能，在工矿企业中得到了广泛的应用变频器在使用过程中的维护保养很重要，要想做好变频器的维护保养工作，提高变频器的工作性能延长变频器的使用寿命就必须做好日常维护保养，做好维护的基础就是了解变频器的基本结构和工作原理。变频器由许多集成芯片，电子元器件等组成，装置较为复杂，寿命一般小于 10 年，使用过程中不可避免的会出现各种故障，正确的维护，简单的检修可保证生产生活的正常进行。 参考文献 1陈国呈，周勤利.变频技术研究J.上海大学自动化学院学报，1995 2陈伯时，陈敏逊.交流调速系统（第 2 版）.北京：机械工业出版社，2005. 3吕汀，石红梅.编.变频技术原理与应用.机械工业出版社. 4何超.主编.交流变频调速技术.北京航空航天大学出版社. 5SIEMENS SIMOVERT MASTERDRIVERS 矢量控制使用大全
