變頻器主電路的檢測與維修

趙輝

摘 要：變頻器對電機轉速的控制既可以滿足生產工藝的需求，也可以減少設備不必要的機械磨損和起到節能降耗的作用，因此變頻器在我中心11個洗煤廠有著廣泛的應用，如對泵的液位的自動控制，清掃水的恒壓控制，皮帶的調試運行等，應用品牌也較多，主要涉及ABB低壓，施耐德高低壓，西門子高低壓變頻器。變頻器在使用中也會出現各種各樣的故障，文章主要從變頻器的主電路著手，重點分析變頻器的故障現象、檢修思路和檢修方法。

關鍵詞：整流電路；逆變電路；濾波電容；檢測與分析

中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0117-02

Abstract： The control of motor speed by frequency converter can not only meet the requirements of production process， but also reduce the unnecessary mechanical wear of equipment and play the role of saving energy and reducing consumption. Therefore， the frequency converter has been widely used in 11 coal preparation plants in our center， such as the automatic control of the pump level， the constant pressure control of cleaning water， the commissioning of belt， and so on. There are many application brands， mainly involving ABB low voltage， Schneider high and low voltage， and Siemens high and low voltage frequency converter. Frequency converter in use will also appear a variety of faults. This paper， from the main circuit of the frequency converter， mainly focuses on the frequency converter fault phenomenon， repair ideas and maintenance methods.

Keywords： rectifier circuit； inverter circuit； filter capacitance； detection and analysis

1 變頻器的工作原理

變頻器的主電路輸入側有6脈沖和12脈沖兩種，以下以最常見的6脈沖工作原理介紹變頻器的主回路，主要由整流回路（交-直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直-交變換）組成。整流電路，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它功能是將工頻電源進行整流，經中間直流環節平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。逆變器的負載屬感性負載的異步電動機，無論異步電動機處于電動或發電狀態，在直流濾波電路和異步電動機之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖，和電容對尖波進行吸收。逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率和電壓都可以任意調節的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用，變頻器主電路的簡單工作原理就是這樣。

2 整流模塊的檢查

在日常故障檢修的幾種常見的情況：變頻器斷路器送不上電，一合即跳；變頻器在啟動或運行過程中總是報直流回路欠壓、LU故障，并停機保護。此時必須對變頻器整流電路進行檢查。需要注意的是，為了人身安全必須確保變頻器斷電，并拆除變頻器輸入電源線R、S、T和輸出線U、V、W后方可操作。整流電路由六個二極管構成，測量時以檢查二極管VD1為例，由圖1知VD1在變頻器的輸入端子R與內部直流電路的P+之間，R為二極管的正端，P+為二極管的負端。首先把萬用表打到“二級管”檔，測量VD1是否滿足二極管特性即單方向導電性。如果不滿足就需要對整流電路中二極管更換。整流電路檢修完畢后，變頻器維修上電試驗可以給電源串燈泡進行空載上電試驗，以防短路或炸模產生危險。當然也有變頻器三相整流橋的3個上橋臂有3只單相晶閘管組成。測量時只有晶閘管從變頻器拆下來，給其觸發電壓信號判斷晶閘管導通情況判斷其好壞。例如我中心ATV71系列變頻器。

3 濾波電容檢察

日常生產中我中心變頻器逆變模塊的損壞主要原因就是電容的容量減小，失容和失效。驅動電路異常造成逆變模塊損壞反而不是很常見。電容的容量不足輕者表現為帶負載能力差，負載加重時往往跳直流回路欠壓故障，電容的進一步損壞就有可能造成逆變模塊燒壞。此類故障比較隱蔽不易引起人們的重視，檢察時也比較費周折，有的電容測量其容量似乎是好電容，但好壞則不一定。尤其是大功率變頻器中電容，運行多年后，其引出電極常年累月數百赫茲的大電流沖放電沖擊，會出現不同的氧化現象，用電容表測量，容量正常，但接在電路中，則因充、放電阻增大，致使直流回路電壓下降，變頻器不能工作，檢修人員往往會做出判斷。失容后則極容易出現諧振過壓導致模塊炸裂。檢修兩年或運行年限更長的變頻器，儲能電容要引起重視；對逆變模塊不明原因的損壞，則應首先徹查直流回路電容。變頻器未損壞前跳“減速過電流”的現象，應說明的是，減速過電流是發生在加速啟動過程中。變頻器在加速中用頻率自動下調來抑制啟動過電流，就要考慮濾波電容是否正常。直流回路儲能電容的“硬”損壞，會出現明顯的濺液、鼓頂、炸裂等現象，觀察即能看出。兩只電容串聯與電路中容量應相等或接近，偏差過大時，容量小的電容會因承受高過電壓而損壞。儲能電容有“老化失效現象”電容表測量不出容量異常，單在運行中會造成直流回路電壓下降，變頻器頻報欠壓故障，帶載能力差。電容測量只能對變頻器解體單獨用電容表測量電容的大小，同時也要做電容的耐壓實驗。為此我中心設計了電容充放電實驗裝置。

此裝置除了可以用于檢測電容好壞外，還可用于變頻器在用電容的檢測，以此判斷在用電容是否合格，是否需要更換，防止因電容超過使用壽命后各項指標不合格造成變頻器損傷。我中心員工根據電容充放電原理，利用調壓器、升壓變壓器、電阻、電容等元器件自行設計了一款電容充放電實驗裝置，其工作原理圖如圖2。其中T1為調壓器，調壓范圍為AC 0～220V，通過升壓變壓器，可為整流橋輸入端提供AC 0～690V的可控電壓，經過橋式整流后，可輸出DC 0～621V，電容C1、C2、C3及均壓電阻R1、R2、R3組成了濾波單元，最終在被測電容兩端可得到600V左右的直流電壓，因電容出廠時耐受電壓預設值為550V左右，該裝置完全能夠實現對電容的沖擊試驗。充電實驗：接上待測電容C后為控制回路供電，按下充電啟動按鈕SB1，使得充電繼電器KM1吸合，緩慢調節變壓器T1輸出電壓，直到電壓表顯示600V左右，觀察待測電容有無異常現象，若無，停止控制回路后再啟動SB1，模擬600V左右的電網電壓直接沖擊電容，若電容完好無異常，則待測電容合格，可以使用。放電實驗：斷開測量回路電源，啟動放電按鈕SB2，使放電繼電器KM2得電吸合，放電過程中電壓表會直觀地顯示待測電容兩端的剩余電壓，該過程中，放電指示燈會經歷由亮到暗的過程，直到放電完成指示燈處于熄滅狀態。

4 逆變電路IGBT測試

IGBT是變頻器最主要的部分之一。逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率和電壓都可以任意調節的交流電源。逆變電路的輸出即為變頻器的輸出，它被用來作為電機的供電電源，從而實現對異步電動機的調速控制。針對逆變電路IGBT的在線測量，輸出線U、V、W對P（+）、N（-）端子的測量實際上是對IGBT內部二極管的測量，只能大致判斷IGBT好壞，尚不能最后認定IGBT就是好的。通過簡易的測量后認為IGBT好的就上電試車會給維修工作帶來更大麻煩。脫機用萬用表方法只能測試其靜態的性能，不能測試其連續導通關斷過程中的狀態。摸擬變頻器在工作過程中IGBT的工作性能進行測試很有必要。圖3為我中心設計的變頻器IGBT連續測試器原理圖。

該測試儀通過對IGBT觸發角進行電壓脈沖觸發，放電的過程，實現IGBT的導通關斷，通過自動循環功能，進行反復的測試，通過觀察指示燈的點亮、熄滅過程，從而判斷測試元件的功能是否完好。

IGBT與驅動電路在故障上有很強的關聯性。當IGBT炸裂短路后，驅動電路勢必被高電壓沖擊而損壞，如果檢測到IGBT短路，驅動電路有很大的可能性受損；IGBT的損壞也可能是因驅動電路故障而造成的。因此驅動電路或IGBT的故障，都必須徹查IGBT與驅動電路。驅動電路正常——能正常輸出6路激勵脈沖，才能上電試車。維修后的變頻器上電試機，是一個必須慎重的事情。必須采取相應的措施，以避免在異常情況出現時新換的IGBT模塊燒壞造成二次損壞。方法一在圖1中P（+）與VTI之間串入一只2A的玻璃熔斷器，上電試車查看變頻器會不會報故障，熔斷器會不會燒壞，如無異常在進行頻率的增減和啟停操作。方法二將逆變輸出電路供電正端P（+）斷開，另行接入一個低于24VDC直流電源，再串入熔斷器，因為低電壓供電，所以檢測逆變輸出電路就變得非常安全了。維修后變頻器空載試機正常后，應進一步帶載實驗。接入電機，三相電壓與電流都有較好的平衡度，電動機在整個頻率范圍內平穩運行，變頻器完全修復。

5 結束語

檢修變頻器需要非常豐富的理論知識和很強的動手能力。要全面系統的分析問題，只有這樣才能快速找出問題的原因，及時找到完好元器件來代換。上電試機要采取一定的保護措施，以防隱藏的問題造成更大損失。

參考文獻：

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