變頻器的控制電路及其幾種常見故障分析

【摘 要】在現代工業中，采用變頻器控制的電動機系統，有著節能效果顯著、調節控制方便、維護簡單、可網絡化集中、遠程控制、可與PLC組成自動控制系統等優點。變頻器的這些特質使其在電力電子系統、工業自動控制等領域的應用日益廣泛。市場上不同型號規格變頻器的安裝、接線、調試各有特點，但主要方法及注意事項基本一致。了解變頻器的結構，主要器件的電氣特性和一些常用參數的作用及其常見故障對于實際工作越來越重要。

【關鍵詞】變頻器；控制電路；常見故障

一、變頻器工作原理

變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。

二、變頻器控制電路

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的網絡，稱為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。

1.電壓、電流檢測電路。電壓、電流檢測電路與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。

2.驅動電路。為驅動主電路器件的電路，它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。

3.I/0輸入輸出電路。為了變頻器更好人機交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入（比如運行、多段速度運行等）信號，還有各種內部參數的輸出“比如電流、頻率、保護動作驅動等）信號。

4.速度檢測電路。以裝在異步電動軸機上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。

5.保護電路。檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和異步電動機保護兩種，保護功能如下：

6.逆變器保護

①瞬時過電流保護。瞬時過電流保護由于逆變電流負載側短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉，切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉。

②再生過電壓保護。采用逆變器是電動機快速減速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉或停止快速減速的方法，防止過電壓。

③過載保護。逆變器輸出電流超過額定值，且持續流通達規定的時間以上，為了防止逆變器器件、電線等損壞要停止運轉。恰當的保護需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。過載是由于負載的GD2（慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉而產生。

④瞬時停電保護。對于數毫秒以內的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電如果達數10ms以上時，通常不僅控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運轉。

⑤接地過電流保護。逆變器負載接地時，為了保護逆變器有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要裝設漏電斷路器。

⑥冷卻風機異常。有冷卻風機的裝置，當風機異常時裝置內溫度將上升，因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。在溫度上升很小對運轉無妨礙的場合，可以省略。

異步電機的保護

7.過載保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉的過熱時，在異步電動機內埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。

8.超額（超速）保護。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規定值時，停止逆變器運轉。

變頻器控制回路的抗干擾措施

A.干擾的基本類型及抗干擾措施

（1）靜電耦合干擾：指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合，在電纜中產生的電勢。

措施：加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上時，干擾程度就不大明顯。在兩電纜間設置屏蔽導體，再將屏蔽導體接地。

（2）靜電感應干擾：指周圍電氣回路產生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。干擾的大小取決干擾源電纜產生的磁通大小，控制電纜形成的閉環面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度。

措施：一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離鋪設，分離距離通常在30cm以上（最低為10cm），分離困難時，將控制電纜穿過鐵管鋪設。將控制導體絞合，絞合間距越小，鋪設的路線越短，抗干擾效果越好。

（3）接觸不良干擾：指變頻器控制電纜的電接點及繼電器觸點接觸不良，電阻發生變化在電纜中產生的干擾。

措施：對繼電器觸點接觸不良，采用并聯觸點或鍍金觸點繼電器或選用密封式繼電器。對電纜連接點應定期做擰緊加固處理。

（4）電波干擾：指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產生電勢。

措施：同1和2所述。必要時將變頻器放入鐵箱內進行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱要接地。

（5）接地干擾：指機體接地和信號接地。對于弱電壓電流回路及任何不合理的接地均可誘發的各種意想不到的干擾，比如設置兩個以上接地點，接地處會產生電位差，產生干擾。

措施：速度給定的控制電纜取1點接地，接地線不作為信號的通路使用。電纜的接地在變頻器側進行，使用專設的接地端子，不與其它接地端子共用，并盡量減少接地端子引接點的電阻，一般不大于100d。

（6）電源線傳導干擾：指各種電氣設備從同一電源系統獲得供電時，由其它設備在電源系統直接產生電勢。

措施：變頻器的控制電源由另外系統供電，在控制電源的輸入側裝設線路濾波器；裝設絕緣變壓器，且屏蔽接地。

B.其它注意事項

（1）裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動機。其控制電纜線路也應避開這些漏磁通大的設備。

（2）弱電壓電流控制電纜不要接近易產生電弧的斷路器和接觸器。

（3）控制電纜建議采用1.25mm×2或2mm×2屏蔽絞合絕緣電纜。

（4）屏蔽電纜的屏蔽要連續到電纜導體同樣長。電纜在端子箱中連接時，屏蔽端子要互相連接。

三、變頻器常見故障分析

維修的原則：先靜后動

靜是指不通電狀態，動是指通電后的工作狀態。檢修開始時，要先靜下來，不要盲目動手，應多問。例如： 問清是否違反操作規程、出現故障時的現象、是否更改過內部參數等，根據情況對故障作客觀的、大致的分析，再根據變頻器顯示的故障提示，判斷故障部位。檢修時，應先仔細閱讀變頻器說明書，了解其檢修注意事項。不要貿然通電，通過眼觀、手摸、鼻嗅等先做必要的安全檢查，以免引發新的故障。

（1）檢查快熔FU是否燒斷；（2）檢查線路板上元件引線間有無碰錫、碰線或細金屬落在二線間；（3）檢查電容器、整流橋、逆變橋、集成電路等元件有無明顯燒壞的痕跡；（4）檢查線路板上是否有水滴（尤其在潮濕環境中使用的變頻器）；（5）檢查線路板上是否有灰塵。通過以上檢查，可發現變頻器是否有短路故障點及元件的炭化熏黑部位。（6）參數設定不當時易碰到的問題。

四、結束語

采用變頻器作為異步電動機驅動器，盡管其可靠性很高，但是如果使用不當或偶然事件，也會造成變頻器的損壞，要想在生產過程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結構原理，了解常見故障，對于技術人員尤為重要。