變頻器的故障診斷與維修方法分析

許文杰

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010308）

引言

在交流調(diào)速中，變頻器屬于重要裝置，既可以確保調(diào)速平滑度，擴(kuò)大調(diào)速范圍，還可以提升調(diào)速效率，減少啟動電流，確保整個系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，具備顯著節(jié)能效果。在煙機(jī)生產(chǎn)線、冶金業(yè)、供水領(lǐng)域，開始廣泛應(yīng)用變頻調(diào)速裝置。當(dāng)變頻器使用不合理，存在誤操作行為時，極易引發(fā)故障隱患，縮短變頻器運(yùn)行壽命。所以，注重變頻器日常維護(hù)與檢修，對社會生產(chǎn)與生活的發(fā)展意義較大。

1 變頻器構(gòu)造組成

1.1 主電路

主電路可以為異步電動機(jī)提供電力變換，比如電源調(diào)頻調(diào)壓等。變頻器主電路，主要是劃分為電壓型與電流型兩種。電壓型變頻器，主要將電壓源直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鳎绷骰芈窞V波為電容；電流型變頻器，將電流源直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鳎涣骰芈窞V波為電感。電路組成部分如下：第一，整流器，將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鞴β省Ｕ髂K工作原理如下：輸入三相E交流，經(jīng)過防雷處理與濾波處理，使電路吸收雷擊殘壓與電網(wǎng)尖峰，確保模塊后路安全性能。之后經(jīng)過整流與無源功率因數(shù)矯正轉(zhuǎn)換后，可以形成高壓直流電。第二，相比于整流模塊，逆變模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞴β剩瑵M足頻率要求，通過確定時間，可以使6個開關(guān)器件導(dǎo)通與關(guān)斷，由此獲得三相交流輸出。第三，整流模塊整流處理之后，直流電壓中包含脈動電壓，頻率約為電源的6倍。逆變器產(chǎn)生脈動電流之后，會導(dǎo)致直流電壓波動。為了對電壓波動進(jìn)行抑制，通過電容吸收脈動電壓[1-2]。

1.2 控制電路

對于控制電路來說，可以為異步電動機(jī)供電主電路提供控制信號回路，組成包括頻率運(yùn)算電路、電壓運(yùn)算電路、電路、電壓電流、檢測電路、電動機(jī)速度檢測電路。通過驅(qū)動電路，可以放大運(yùn)算電路的控制信號，同時涉及到電動機(jī)、逆變器保護(hù)電路。以下進(jìn)行詳細(xì)分析：第一，運(yùn)算電路。通過運(yùn)算電路，可以運(yùn)算外部速度、轉(zhuǎn)距的質(zhì)量，同時與檢測電路電壓信號、電流信號進(jìn)行對比，確定逆變器輸出頻率與電壓。第二，電流、電壓檢測電路。該電路和主電路電位相隔離，能夠?qū)﹄娏鳌㈦妷哼M(jìn)行檢測。第三，速度檢測電路。速度檢測器主要安裝在異步電動機(jī)軸機(jī)上，以速度信號為主，同時可以傳輸至運(yùn)算回路。按照指令與運(yùn)算，能夠確保電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。第四，驅(qū)動電路。在主電路器件中，驅(qū)動電路屬于重要電路，和控制電路相隔離，能夠促使主電路器件導(dǎo)通與關(guān)斷。第五，保護(hù)電路，主要對主電路電流與電壓進(jìn)行檢測。當(dāng)出現(xiàn)異常狀態(tài)時，例如過電壓力過載狀態(tài)，為避免損壞異步電動機(jī)、逆變器，應(yīng)當(dāng)暫停逆變器運(yùn)行，同時對電壓進(jìn)行抑制。

2 常見變頻器故障診斷與檢修方法

變頻器常見故障，包括主電路故障、輔助控制電路故障。對于主電路故障，涉及到整流塊損壞、逆變器模塊燒壞、充電電阻損壞。輔助控制電路故障，涉及到開關(guān)電源損壞、驅(qū)動電路故障、反饋與檢測電路故障等。

2.1 主電路故障

1）故障現(xiàn)象。某變頻器系統(tǒng)實(shí)施停電檢測，完成停電檢修之后，開展上電操作。操作時發(fā)現(xiàn)，變頻器主控制板印制電路板上方充電電信號燈不亮燈，測量操作之后，顯示變頻器無輸出電壓。

2）故障檢查。檢修人員懷疑印制電路板損壞，更換同性能印制電路板后，故障未消除。之后檢查印制電路板連接線路，發(fā)現(xiàn)電源為變頻主回路直流母排電源。直流電壓利用三相整流橋獲取。在變頻器內(nèi)，配置三相電源變壓器，即R、S、T，線電壓均為220 V。交流接觸器具備220 V線圈電壓，利用印制電路板觸點(diǎn)控制。在通電操作之后，使用萬用表直流電壓進(jìn)行測量，電容兩端直流電壓較低，在405~12 V之間振蕩，無法形成高直流電壓。斷開主回路觸點(diǎn)后，左側(cè)電壓良好，數(shù)值約為330 V。檢查觸點(diǎn)并聯(lián)水泥電阻，型號為40F68，拆卸水泥電阻，測量電阻值，達(dá)到100 kΩ。同時觀察水泥電阻器，表面存在較多細(xì)紋，因此出現(xiàn)故障。

3）故障分析。在正常運(yùn)行條件下，三相交流電經(jīng)過整流處理之后，利用水泥電阻，向主電路充電。在選擇水泥電阻值時，必須確保獲得合理電壓、電流上升率，以免導(dǎo)致整流橋電路損壞。充電電壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，變頻器印制電路板內(nèi)部電源啟動，處于運(yùn)行狀態(tài)，此時使印制電路板的接觸器吸合，接觸器與水泥電阻采用短接方式，變頻器進(jìn)入正常整流逆變運(yùn)行過程。主回路充電時間常數(shù)較大時，放電回路充電時間常數(shù)小，此時主電路無法建立直流電壓，相應(yīng)影響印制電路板運(yùn)行。盡管表現(xiàn)為印制電路板故障，但是卻為主電路故障。

4）故障處理措施。為了確保生產(chǎn)恢復(fù)，選擇四個10 W、270 kΩ電阻，并聯(lián)在一起，之后投入具體使用中。開機(jī)上電之后，變頻器印制電路板充電電信號亮燈，接觸器吸合，此時變頻器輸出正常。

2.2 輔助電路故障

1）故障表現(xiàn)與分析。某變頻器運(yùn)行期間，初始運(yùn)行可以正常通電，并且有顯示，無輸出。拆卸變頻器前蓋檢查，發(fā)現(xiàn)接近熔斷問題。檢修人員的經(jīng)驗不足，沒有檢查模塊問題。當(dāng)無快熔備件時，無法找尋到其他熔件替換，就采用銅芯線替換。變頻器啟動之后發(fā)出巨響。檢查發(fā)現(xiàn)，兩組模塊炸裂，且吸收回路、驅(qū)動板損壞，無修復(fù)可能，此時需要更換新板子，經(jīng)濟(jì)損失比較大。

2）故障處理。快速熔斷器可以保護(hù)硅整流元件、晶閘管半導(dǎo)體元件。其他類型熔斷器無法保護(hù)電子元器件，也不能使用銅芯線替換。銅芯線作為保險絲使用時，極易發(fā)生短路故障。銅芯線動作速度緩慢，燒熔銅芯線會四處噴射，引發(fā)大面積損壞。

2.3 環(huán)境故障

1）故障表現(xiàn)。某礦井下安裝變頻器，在運(yùn)行期間正常停車，開啟之后無法啟動。

2）故障檢查。在檢查時，檢修人員發(fā)現(xiàn)操作面板顯示過電流，復(fù)位操作之后，仍然無法啟動，顯示屏顯示出過電流，開蓋之前聞到焦糊味。生產(chǎn)廠家派人檢查之后，發(fā)現(xiàn)絕緣柵雙極型晶體管損壞，更換新的絕緣柵雙極型晶體管之后，恢復(fù)正常運(yùn)行。在運(yùn)行數(shù)月后，另外一臺變頻器操作面板顯示過電流，無法正常運(yùn)行，開蓋后發(fā)現(xiàn)，輸入端整流橋炸裂，絕緣柵雙極型晶體管損壞。在后期運(yùn)行中，該類故障又出現(xiàn)多次。

3）故障分析。礦井下溫度較高，變頻器處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，停車之后冷卻。在啟停時，變頻器出現(xiàn)空氣熱交換，設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生凝露，從而導(dǎo)致放電短路，造成器件損傷。

4）故障處理。重點(diǎn)處理結(jié)露、防潮問題，建立單獨(dú)的電氣控制室，確保電氣控制室內(nèi)溫度并保持干燥，降低波動范圍，以此確保變頻器正常運(yùn)行[3-4]。

3 結(jié)語

變頻器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此對電氣檢修與維護(hù)人員的要求較高，應(yīng)當(dāng)全面掌握變頻器運(yùn)行原理，明確變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與控制方式，以此處理變頻器運(yùn)行難題。注重變頻器日常檢修與維護(hù)，可以明顯降低故障率，延長變頻器使用壽命。