變頻器常見(jiàn)故障分析與預(yù)防措施

劉文源

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)也隨之不斷更新，變頻器也得到了更多的應(yīng)用，但因一系列因素的干擾，導(dǎo)致變頻器在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生一系列故障，本文主要針對(duì)變頻器的主要故障原因進(jìn)行分析，并探討了有效的預(yù)防措施，進(jìn)而保障變頻器能夠安全且穩(wěn)定地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變頻器，故障，預(yù)防措施

變頻器能夠把工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)楦黝?lèi)頻率交流電，轉(zhuǎn)換電流來(lái)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行的速度。其電動(dòng)機(jī)對(duì)比普通電機(jī)來(lái)說(shuō)，能源消耗相對(duì)更少，起到資源節(jié)約的效果，另外其還能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制還能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中化管理，所以當(dāng)前在電子自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛推廣使用變頻器。

1 變頻器概述

控制電力是變頻器重點(diǎn)功能之一，主要是使用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通常由多方面構(gòu)成，其中包含有濾波、檢測(cè)單元、制動(dòng)單位等。其最重點(diǎn)的作用是按照電動(dòng)機(jī)要求，調(diào)整電源電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)其速度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。一般來(lái)說(shuō)，變頻器自身具有自我保護(hù)功能，如果電壓過(guò)高負(fù)載情況下，過(guò)載保護(hù)是變頻器保護(hù)的體現(xiàn)。要在生產(chǎn)時(shí)期就能夠保證變頻器的功能，那么在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置的過(guò)程中，一般都會(huì)存留合適的空間。以往水泵與風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的形式，是調(diào)整出入口的面積，從而對(duì)水量和風(fēng)量進(jìn)行改變，對(duì)比變頻器來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的形式會(huì)耗損相對(duì)更多的能源。

2 變頻器故障原因及預(yù)防對(duì)策

因應(yīng)用方法不當(dāng)或者環(huán)境不合適，可能導(dǎo)致變頻器誤動(dòng)作和出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其不能達(dá)到預(yù)期的作用，要做好未雨綢繆，就需要先行分析故障的原因。

2.1外部電磁感應(yīng)干擾

若變頻器附近有干擾源存在，經(jīng)過(guò)電源線(xiàn)或是輻射的形式進(jìn)入到變頻器中，導(dǎo)致控制回路出現(xiàn)誤動(dòng)作，干擾正常工作，甚至還會(huì)直接破壞變頻器。雖說(shuō)要盡可能提升其抗干擾能力，但因其成本的制約，于外部使用噪聲抑制手段，更需要清理干擾源。下面幾點(diǎn)對(duì)策是清除造成干擾的具體操作：裝設(shè)防沖擊電壓吸收裝置于變頻器附近的接觸器與繼電器控制線(xiàn)圈中，盡可能減少控制回路配線(xiàn)長(zhǎng)度，且分離主線(xiàn)路，應(yīng)用屏蔽線(xiàn)回路，要根據(jù)要求展開(kāi)操作，如果線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)，就要使用中繼形式，接地端子要根據(jù)規(guī)定展開(kāi)，不可混合使用動(dòng)力接地與電焊，裝設(shè)噪聲濾波器于變頻器的輸入端，防止因電源進(jìn)線(xiàn)帶來(lái)不良干擾。

2.2安裝環(huán)境

變頻器的規(guī)格說(shuō)明書(shū)內(nèi)有明確的安裝應(yīng)用環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。特殊狀況中，如果這些要求不能達(dá)到，需要盡可能應(yīng)用針抑制對(duì)策：電子器件導(dǎo)致機(jī)械損傷的重要原因就是振動(dòng)，振動(dòng)沖擊比較大的情況，可使用橡膠等材料減小振動(dòng)。腐蝕性氣體、潮濕的環(huán)境和灰塵容易使電子器件出現(xiàn)絕緣降低、接觸不良以及生銹等一系列不良情況而導(dǎo)致短路，這就需要采取防腐防塵措施，且使用封閉式結(jié)構(gòu)。對(duì)電子器件壽命和穩(wěn)定性造成影響的關(guān)鍵條件就是穩(wěn)定，尤其是半導(dǎo)體，要考慮到合適裝置的安裝條件或是防止日光直接照射。還要按時(shí)對(duì)其冷卻風(fēng)扇與空氣濾清器進(jìn)行檢查，若是在高寒的環(huán)境下，要避免由于微處理器由于溫度態(tài)度而無(wú)法正常工作的情況出現(xiàn)，需要應(yīng)用空氣加熱器等形式解決。

2.3電源異常

電源異常帶來(lái)的影響表現(xiàn)不一，一般有三類(lèi)，分別是低電壓、缺相和停電，有些時(shí)候也有這部分問(wèn)題混合出現(xiàn)。通常是輸電線(xiàn)路由于受到惡劣天氣如雷擊、狂風(fēng)、暴雨而導(dǎo)致的，還可能是由于同一供電系統(tǒng)中發(fā)生對(duì)地短路和相間短路。雷擊受到地域與季節(jié)存在較大的差異。出去電壓波動(dòng)，部分電網(wǎng)或是自行發(fā)電的單位同一會(huì)產(chǎn)生頻率波動(dòng)，另外這部分問(wèn)題可能會(huì)在短期中重復(fù)產(chǎn)生，要確保設(shè)備能夠運(yùn)行正常，就需要控制好電源。若是周?chē)嬖谥苯悠饎?dòng)機(jī)等設(shè)備，要避免在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)電壓變低，就需要分離變頻器供電系統(tǒng)，降低影響。如果是需要瞬時(shí)停電之后依然持續(xù)運(yùn)行的情況，考慮變頻器價(jià)格的同時(shí)，還需要對(duì)負(fù)載電機(jī)降速比例進(jìn)行考慮。外部控制回路與變頻器使用順停補(bǔ)償?shù)男问剑妷夯貜?fù)以后，利用速度追蹤與測(cè)速電機(jī)檢測(cè)避免在加速當(dāng)中過(guò)電流。二極管輸入和使用單項(xiàng)控制電源變壓器，在缺相情況下雖然能夠持續(xù)工作，但是整流器里部分器件出現(xiàn)過(guò)大的電流和電容器出現(xiàn)過(guò)大脈沖電流，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)影響到變頻器的可靠性與壽命。

2.4雷擊和感應(yīng)雷電

這兩種因素導(dǎo)致的沖擊電壓也容易損壞變頻器，另外，電源系統(tǒng)一次側(cè)含有真空斷路器的情況，其開(kāi)關(guān)與閉合同樣會(huì)出現(xiàn)很高的沖擊電壓。在斷開(kāi)的情況下，經(jīng)過(guò)耦合于二次側(cè)形成較高的電壓沖擊尖峰。要避免由于沖擊電壓導(dǎo)致過(guò)電壓損壞，一般要在變頻器輸入端添加壓敏電阻等，使電壓低于變頻器主回路中最高掉牙。盡可能使用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。如果一次側(cè)含有真空斷路器，要在控制時(shí)序方面確保在其動(dòng)作前斷開(kāi)變頻器。

3 變頻器故障自診斷與預(yù)防

分析以往的晶體管，非常容易跳閘、過(guò)負(fù)載能力低以及難以再次啟動(dòng)，隨著CPU與IGBT的快速發(fā)展，變頻器中更好地實(shí)現(xiàn)自我診斷與故障防范的作用，使其可靠性進(jìn)一步提升。若采取矢量控制變頻器里全領(lǐng)域自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，對(duì)于環(huán)境改變而導(dǎo)致出力降低和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足的問(wèn)題能夠更好的改善。此功能通過(guò)變頻器中微型計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算，實(shí)時(shí)算出需要的轉(zhuǎn)矩，且快速修整與補(bǔ)償輸出電壓，從而抵消變頻器輸出轉(zhuǎn)矩變化。另外，因變頻器的軟件發(fā)展，能夠事先安設(shè)一系列故障防止措施于變頻器中，使得故障消除之后依然可以持續(xù)運(yùn)作。比如，再啟動(dòng)自由停車(chē)當(dāng)中的電機(jī);檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)異常轉(zhuǎn)矩等。

4 變頻器對(duì)附近設(shè)備影響和故障預(yù)防

4.1電源高次諧波

長(zhǎng)期以來(lái)，變頻器都使用PWM控制形式，這種脈沖調(diào)制使導(dǎo)致變頻器在運(yùn)行狀態(tài)下于電源側(cè)出現(xiàn)高次諧波電流，且導(dǎo)致電壓波形畸變，不利于電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般使用下列對(duì)策：應(yīng)用專(zhuān)門(mén)的變壓器供電變頻器，分隔供電系統(tǒng)，裝設(shè)濾波電抗器于變頻器輸入側(cè)，減低高次諧波分量。有進(jìn)項(xiàng)電容器場(chǎng)合由于高次諧波電流的影響而導(dǎo)致高熱，需要串接電抗器，從而降低諧波分量，分析計(jì)算電抗器電感應(yīng)，防止出現(xiàn)LC震蕩。

4.2電動(dòng)機(jī)高溫和運(yùn)行區(qū)間

當(dāng)前已有電機(jī)展開(kāi)變頻調(diào)速工作中，因自冷電機(jī)處于低速運(yùn)行狀態(tài)下冷卻能力降低導(dǎo)致電機(jī)溫度過(guò)高。另外變頻器輸出波形里高次諧波會(huì)加深電機(jī)銅損與鐵損，那么在對(duì)電機(jī)負(fù)載情況與運(yùn)行范圍確定以后，應(yīng)用下面的手段：強(qiáng)冷通風(fēng)電機(jī)或者是使其規(guī)格等級(jí)提升，換成變頻專(zhuān)用電機(jī)。

4.3噪聲與振動(dòng)

噪聲一般分成電動(dòng)機(jī)噪聲與變頻裝置噪聲，由于安裝的場(chǎng)地不一樣，要應(yīng)用相應(yīng)的手段：變頻器進(jìn)行調(diào)試時(shí)，在精度得到保障的情況下，盡可能降低脈沖轉(zhuǎn)矩，機(jī)械共振點(diǎn)確定，通過(guò)變頻器頻率屏蔽，把這部分共振點(diǎn)排除運(yùn)行區(qū)間，變頻器的噪聲通常是通過(guò)冷卻風(fēng)扇機(jī)電抗器引起的，所以采取噪聲低的器件，變頻器和電動(dòng)機(jī)間科學(xué)放置交流電抗器，降低由于PWM調(diào)制形式導(dǎo)致出現(xiàn)的高次諧波。振動(dòng)一般是通過(guò)電機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械系統(tǒng)共振導(dǎo)致的，尤其是脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和機(jī)械共振公共作用時(shí)更加明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

變頻器自身?yè)碛泄收显\斷的能力，能夠自行處理其中的一部分故障，在故障復(fù)位之前和保護(hù)跳閘之后這部分時(shí)間中，會(huì)呈現(xiàn)出故障代碼，那么維修人員根據(jù)指示代碼找尋故障起因，不但能夠減小故障查找的區(qū)間，還能夠節(jié)約時(shí)間。分析變頻器故障之后，能夠在一定程度上了解到變頻器工作原理，對(duì)于其中的問(wèn)題，維修人員可以更好地展開(kāi)修理工作，本文分析了變頻器的主要故障及預(yù)防措施能夠起到很好的處理效果，還需要維修人員能夠積極的學(xué)習(xí)并應(yīng)用新知識(shí)以及更新維修技術(shù)，進(jìn)而能夠更好地開(kāi)展工作。

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