變頻器的故障分析與處理

徐向東

摘 要：故障檢測技術與故障診斷技術一樣，都是應用型的學科。文章以變頻器故障診斷重要性為出發點，結合國內外在此領域的研究基礎，對當前變頻器故障診斷技術研究工作中出現的問題以及未來的發展方向進行了討論。

關鍵詞：變頻器；分析；診斷

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）21-0071-01

隨著經濟社會的不斷發展，變頻技術也獲得了一定程度的發展。目前階段變頻器以其優秀的控制性能和高效的節能性能獲得了許多領域的一致認同。但是與其他各類設備一樣，在使用過程中變頻器也會由于各種原因產生一些故障，故障發生后會引起許多嚴重的后果。由于未掌握專業技能，普通的維修人員不能夠及時的判斷出問題的原因所在，這方面的專業人才也比較缺乏，通常一旦發生這種故障就只能夠等待變頻器廠家來換新，對企業的日常生產經營活動有很大影響。我們除了在設計變頻器時要考慮各種故障發生的情況并做好防護措施，還應當在故障發生時及時作出反應，實施保護、停機，并展開對故障的分析、處理，最大限度的降低企業的損失。

1 變頻器故障類型

變頻器的故障類型多種多樣，其故障的分類方式可以按下述原則區分：

①時間因素劃分。突發性故障，通常事發突然并且會使設備喪失某種特定功能；間歇性故障，通常表現為某種功能有時可以使用，有時不能使用；老化性故障，即設備在運行很長時間，零件老化之后出現的一些故障。

②故障性質劃分。永久性故障，是因為某些原因造成了故障持續存在。例如保險絲熔斷造成的缺相；偶發性故障，是指機器時好時壞并且故障時間完全無規律。通常是由于元件在焊接過程中不仔細或者其他原因造成的電路異常現象。或者由于外界隨機產生的各類干擾信號使機器產生了異常。

③故障位置劃分。電源故障，即變頻器供電部分存在的故障；內部故障，只變頻器自身所存在的故障，內部故障可以細分為直流環節故障，逆變器故障和控制系統故障，其中直流環節故障中包括了變頻器中整流器的故障以及中間直流環節的故障；負載故障，即變頻器電動機發生的故障。

2 變頻器故障診斷

變頻器主電路由整流電路、中間直流電路及逆變電路構成。相關數據表明，變頻器發生控制系統故障的原因80%是因為變頻器各個電子元件發生了故障。元器件的運行狀態會直接影響變頻器的工作狀態，因此，深入開展對于變頻器主電路部分的故障研究，對于變頻器的故障分析與處理有非常重要的意義。當前變頻器所采用的報警系統是利用快速檢測電路向計算機報告電機與變頻器的工作狀態，然后系統會對該狀態進行分析并判斷變頻器是否存在故障，然后發出警報。這種方式有一個很大的缺陷就是耗時較久，且警報不夠精確，因此，許多專家學者對此展開了研究。

2.1 基于專家系統的變頻器故障診斷

系統具體工作流程為將計算機專家診斷系統建立在變頻器的若干區域，實現故障部位的隔離，從而完成對故障類別的判斷，弄清其種類與故障程度，之后對變頻器采用一系列的補救措施。專家系統的構成部分主要有框架網絡、診斷算法、知識管理系統、人機交互系統及虛擬儀器。如圖1所示。

此系統能夠將專家系統與虛擬儀器的各項功能綜合起來，利用專家系統使計算機實現對變頻器的故障診斷，利用虛擬儀器實現了不同儀器間的相互合作與資源共享，實現了變頻器故障分析及處理的高效性。但是目前階段的專家系統同樣存在許多問題。比如說專家系統的系統構成不夠智能，缺乏聯想、容錯、自學習的能力，不能夠完成自我升級、自我改良。

2.2 基于故障樹的變頻器故障診斷

當變頻器發生故障時，會有多處故障同時發生的情況，此時我們應當利用故障樹診斷技術，該方式是列出所有變頻器可能發生的故障并將其有序的連接起來，最終構成一棵故障樹，如圖2所示。

在查詢故障原因時，故障樹系統采用的是邏輯推理診斷法紀最小割集診斷法，逐個排查直至查出故障原因。

2.3 基于信號處理的變頻器故障診斷

①模糊理論及頻譜分析。對變頻器各個關鍵點實施電壓測試，得出數據，對此數據進行頻譜分析，并與各個電子元件的工作信號進行分析最終得出結果，確定故障元件。

②將整流電路正常工作及故障時期的整流電壓進行統計分析，完成相關定義并搭建了先關故障模型，根據變頻器故障時表現的特征值完成故障的定位。

該方法無需故障對象的精確模型并擁有很強的適應能力，高效的診斷手段，操作方便。但是依然有一些缺陷，例如在設置故障參數時候需要由有經驗的專家給出一個大概的設定方式，缺乏通用性。

3 變頻器診斷技術發展方向

變頻器的廣泛應用是因為其性能十分優秀，在各個領域都充當了重要角色。所以對變頻器故障分析及處理的相關研究有十分重要的意義。根據目前變頻器故障處理相關的研究，可以知道其未來大致發展方向。

①新理論。例如對變頻器關鍵點關鍵診斷，運用數據融合、數據挖掘及小波分析等方式進行分析處理。

②新網絡。當前采用的BP網絡還存在許多的缺陷，收斂速度過慢、局部極點小等等。我們可以在未來采用聯想記憶、ART、自組織等新型神經網絡來對變頻器的故障分析問題進行相關診斷。

③各類技術結合。將目前的各種故障分析技術，如專家系統、小波轉換、模糊控制、神經網絡等有機的結合起來，利用各自不同的優點完成科學全面的故障分析。

④運用DSP。利用DSP芯片構建故障預警系統并實現診斷算法，由于DSP芯片速度快、適應性良好，在變頻器故障診斷領域具有廣闊的發展前景。

4 結 語

隨著變頻器在我們日常生活中越來越頻繁的使用，且其本身是一種復雜的電力設備，所以關于其故障的分析與處理所受到的重視正在逐步增強。本文建立在一定的研究基礎之上，提出當前變頻器故障分析及處理工作中存在的問題及其今后研究的大致方向，希望能對未來我國的變頻器故障分析及處理有一定的作用。

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