自動化實驗臺中MM440變頻器常見故障分析

張保師

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

自動化實驗臺中MM440變頻器的功能多樣，且其運行的可靠性較高，能夠有效的為電動機提供保護，變頻器也是控制電機速度，以及在生產的過程中實現節能生產的重要設備，目前變頻器已經在各個工業生產中得到了較為廣泛的使用。雖然在使用變頻器時有著各種優點，但是由于其自身的工作原理，導致變頻器在工作時會出現高次諧波，若是安裝和操作不當也會出現漏電等各種故障。目前學院實驗室主要使用MM440變頻器，教師帶學生使用實驗臺變頻器做變頻調速實驗時常常會出現各種故障問題，因此筆者將在本論文中著重研究實驗室實驗臺和變頻器其內部結構和原理，對實驗臺中變頻器頻繁出現故障的原因進行分析和總結，并找出有效的改進方法對實驗臺進行改造，進而解決變頻器在運行的過程中出現的故障問題，保障變頻器在運行過程中的安全性能。

1 MM440變頻器的基本原理

圖1 變頻器主電路結構圖

圖2 逆變電路輸出的線電壓波形

MM440變頻器是由不可控整流、SPWM逆變器同時變壓變頻、保護電路以及控制器等部分組成。如圖1所示。若是使用PWM控制模式，逆變器提供給負載電機的電壓將是一系列脈沖寬度按照正弦規律變化的正弦等效的SPWM波，而不是正弦電壓，如圖2所示。變頻器通過控制矩形脈沖的寬對對其電壓的幅值進行控制，通過對于調制波周期的控制來控制其輸出的頻率，從而滿足變頻調速對于U/f協調控制的要求。

2 變頻器控制電動機漏電分析

在教學的過程中做各種關于變頻器控制電機的各項試驗時，經常會有學生反應其在不小心觸碰到電動機或者實驗臺時會有觸電感，這就對學生的安全產生了威脅。

2.1 實驗臺中變頻器和外圍電器的連接圖

實驗臺的變頻系統的主要有電動機、三相交流電源進線、熔斷器、變頻器、濾波器等部分組成，如圖3所示。但是由于在安裝的過程中操作不到位，導致變頻器和電動機都沒有接地線。

圖3 變頻器和外圍電器的連接圖

2.2 變頻系統漏電原因分析

通過對于實驗臺的構造以及充分了解變頻器其自身工作原理，并且參考和借鑒了其他相關研究結果，對變頻器系統為何會產生漏電現象的原因進行了歸納，主要原因有以下幾種：

2.2.1 電機繞組與機殼之間的寄生電容

由圖2可知變頻器輸出的電信號并不是正弦波SPWM波，因此導致變頻器的載波頻率要高于正常的工作頻率。所以額在設置輸入電信號時可以將數值設置為1-4KHz。正是由于變頻器的高頻脈沖波，使得電機組與機殼之間產生了寄生電容，這就是部分漏電流產生的原因。

2.2.2 變頻器與電機輸入輸出導線對地的分布電容

三相輸入電線對地存在著分布電容，這種電容是與電線的長度成正比的，而與電線的截面大小成反比。在實驗臺中的變頻器與電機設置的距離較近，此電容較小，從文獻2的研究中可以表明，有90%的漏電流是由于機電里的寄生蟲引起的。但是在做實驗的過程中并沒有使用屏蔽電纜，因此導致分布電容較大。變頻器在工作過程中低速運行，將會使分布電容不斷的放點，電流通過電容器底線進入打底，再容進線側的接地線回到變頻器，從而形成了漏電流。

2.2.3 變頻器輸入、輸出側導線之間的線間電容

電線之間存在的電容會產生一定的線間電流。這種電流會收到電容和載波的影響，通過實驗發現變頻器的載波頻率越高，產生的漏電流則會越大；電機的電線長度越長，漏電流也會越大。

2.2.4 電動機外殼產生的感應電壓

變頻器在控制電機運行時，逆變器中的IGBT的開關頻率將會高許多，由于電動機其自身的工作原理，會導致三相電子通過三相電流時會產生一定的磁場，而通過這種磁場會使電動機的外殼產生感應電動勢，若是在運行的過程中逆變器的開關頻率越高，則會導致這種感應電動勢越大，這時學生在觸碰到電動機外殼時就會有一種點擊的感覺，這就是一種假性的漏電。

2.3 改進措施

為了改善和減少電機和實驗臺的漏電現象，確保人員以及設備的安全，筆者根據實際情況采取了以下改進措施：首先將電動機、變頻器以及實驗臺的接地線接在一起。通過對于本實驗臺的研究發現，最簡單的方法就是采用一根較短的導線將變頻器的接地線直接連接到實驗臺的外殼上，讓后將電動機放置在實驗臺上，這樣就可以有效的使三者的接地線結合在一起，從而實現實驗臺、變頻器和電動機處于相同的電位，這樣可以將電動機在旋轉的過程中產生的感應電壓控制在最小，這樣的話學生在觸碰實驗臺以及電機外殼時就不會有觸電感。除此之外也可以在變頻器的輸入電線出增加一個濾波器，注意需將濾波器的地線與電動機以及變頻器的地線接到一起，濾波器可以很好的吸收和釋放電動機產生的感應電流，從而減少感應電壓，實現減少漏電的情況發生。在運行該設備之前也可以將載波頻率調小。通過簡單的改造之后發現漏電現象顯著減少。

3 變頻器上出現的故障代碼及解決措施

3.1 變頻器“黑屏”故障

通常情況下，出現“黑屏”的原因有：輸入變頻器的電線出現斷裂，IGBT出現短路導致內部保險燒毀等。

解決措施：檢查三根輸入電源線是否完好；打開變頻器檢查其主線路是否完好，檢測IGBT內部是否存在短路，檢查IGBT的二極管是否完好。根據相應的檢查結果更換IGBT或者對設備進行維修。

3.2 顯示“F0001”報警

“F0001”表示變頻器出現過流故障，根據調查發現其產生的原因有以下幾種：（1）電動機出現短路；（2）輸入變頻器的電機參數與變頻器的功率不相符；（3）電動機風扇出現故障；（4）電動機接電線損壞；（5） 設置斜坡上升時間過短；（6）IGBT模塊損壞

解決措施：（1）設置合適的斜坡上升時間；（2）輸入的電動機參數與變頻器規定相符合；（3）檢查電機是否存在短路。

3.3 顯示“F0002”故障

“F0002”表示過電壓報警。

解決措施：(1)設置合理的變頻器的斜坡下降時間；（2）檢查電源電壓是否符合規定

3.4 顯示“F0020”故障

“F0030”表示電源斷相。若是三相輸入電源中有一個電壓丟失了，就會出現該故障，但是變頻仍然允許脈沖輸出，這時就會導致負載。

解決措施：檢查輸入電壓是否完好。

3.5 顯示“F0023”故障

“F0023”表示變頻器輸出的一相斷線。

解決措施：使用萬用表檢查變頻器輸出的三相線是否完好。

4 斷路器跳閘原因分析

4.1 跳閘原因

教師帶學生們做變頻器控制電機的相關實驗時會出現實驗臺總斷路器跳閘的情況，有時也會有實驗臺報警的情況，筆者結合實際情況分析其出現的主要原因有以下五點：

在設置變頻器的轉矩補償時設定的數值不當。由于電機其自身的機械特性，若是在負載相同的情況下，壓頻比越大會使勵磁電流也越大。正常情況下電機空載運行的啟動電流會是額定電流的6倍左右，因此若是設置較大的壓頻時，就很有可能因為過流而導致跳閘，因此在設置轉矩補償值時要原則適當的數值。

變頻器的諧波分量過大。由于變頻器的輸入電流和輸出電流都有著較高的頻率，在驅動變頻器時這些高頻成分就會導致漏電流大于電網電流的漏電流，這就會導致斷路器誤操作。

設置不當的加、減速參數。若是對變頻器的加減時間的設置不合適，會使得電動機的轉速與同步轉速不同，從而形成轉差，這樣形成的轉差會導致過流而使斷路器跳閘。

電容器老化，若是電容器使用的年限過久，將會導致電容器的電容量大大減小，這時的電容器將無法應對電動機在制動狀態時電壓突然升高的情況，容易產生跳閘。

制動電阻值過大。電機在制動時會產生較大的電阻值，這是電阻的放電電流變小，使得電容器上原有的電荷沒有時間釋放，產生過壓跳閘。

4.2 改進措施

（1）合理的設置變頻器的轉矩補償值；（2）合理的設置變頻器的加、減速時間；（3）控制變頻器與電動機之間的電纜長度；（4）使用新的電容器；（5）選電纜使采用靜電容量較小的。

5 實驗室使用變頻器的建議

（1）拆除變頻器與電動機之間的交流接觸器，不使用接觸器可以有效的防止在電流突然斷流的瞬間產生過壓損壞逆變器；（2）在控制電動機的啟、停時需要通過變頻器來進行控制，而不是直接使用斷路器進行操作，否則將會導致變頻器的失控；（3）不宜在實驗臺上設置具有漏電保護的斷路器，因為在變頻器運行時將會輸出部分漏電，這會式漏電起動作從而切斷變頻器的正常運行。

6 結論

自動化實驗臺中MM440變頻器的功能多樣，且其運行的可靠性較高，能夠有效的為電動機提供保護，但是由于其自身的工作原理，導致變頻器在工作時會出現高次諧波，若是安裝和操作不當也會出現漏電等各種故障。筆者通過對于實驗臺以及變頻器其自身工作原理的研究，找出實驗室設備出現漏電現象的原油，并給出了改進方法；總結了設備常出現的錯誤代碼，并提出了解決措施；分析了變頻器跳閘的原因和改進措施，也提出了實驗室使用變頻器的一些注意事項。希望能夠為日后實驗室變頻器的使用和調試安裝提供一定的幫助。與此同時，筆者也相信隨著各種技術的不斷發展和應用，變頻器其自身也將會得到不斷的完善。