變頻器逆變電路維修探討

謝昆航

摘要：目前，我國(guó)對(duì)拖動(dòng)都采用了變頻器控制，變頻器控制在控制方便、調(diào)速范圍廣、節(jié)能降耗等方面優(yōu)勢(shì)突出，但是變頻器使用方法不正確或安裝環(huán)境不合理，很容易造成變頻器誤動(dòng)作及發(fā)生故障，不僅無(wú)法滿足預(yù)期設(shè)計(jì)所要達(dá)到的運(yùn)行效果，還會(huì)對(duì)周邊設(shè)備產(chǎn)生很大的影響。要預(yù)防變頻器對(duì)周邊電器的正常使用造成影響就必須對(duì)故障原因進(jìn)行認(rèn)真分析。下面就變頻器在安裝使用中應(yīng)該注意的問(wèn)題及變頻器本身在使用時(shí)對(duì)周?chē)O(shè)備的影響做一個(gè)概括性的論述。

關(guān)鍵詞：變頻器;逆變電路;維修

引言：

變頻器在實(shí)際工作使用的時(shí)候，由于使用方法不正確會(huì)產(chǎn)生各種問(wèn)題。特別是變頻器對(duì)周邊設(shè)備和周邊設(shè)備對(duì)變頻器的影響，已經(jīng)嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。查閱相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹了變頻器在使用中應(yīng)該注意的事項(xiàng)和故障的防范措施，以及怎樣減少對(duì)周邊設(shè)備的干擾。

1變頻器構(gòu)造、基本原理以及應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）變頻器基本構(gòu)造。主要有整流單元、濾波單元、逆變單元、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、控制單元組成。變頻器沒(méi)有誕生以前利用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而變頻器通過(guò)以上組成簡(jiǎn)化了變頻機(jī)制并且縮小了設(shè)備體積，這樣使得整體具有集成效果，減少了維修幾率。

（2）變頻器基本原理。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，其就是通過(guò)各組件發(fā)揮作用，將工頻電流轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N頻率的交流電，這樣作用于電機(jī)使得其速度發(fā)生改變。基本過(guò)程是：第一，主電路被控制電路控制;第二，整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并將其輸入中間電路;第三，中間電路對(duì)直流電進(jìn)行平滑濾波處理并將其輸入逆變電路;第三，在逆變電路作用下直流電再次轉(zhuǎn)化為交流電。一些更為復(fù)雜的變頻器還需要匹配專(zhuān)業(yè)CPU來(lái)計(jì)算具體的轉(zhuǎn)矩。

（3）變頻器應(yīng)用注意事項(xiàng)。第一，要詳細(xì)了解負(fù)載功率，按照要求來(lái)選擇變頻器，避免功率不足導(dǎo)致變頻器發(fā)揮不了作用，若是功率過(guò)大又會(huì)造成電能浪費(fèi)。第二，變頻器存在通用變頻器、風(fēng)機(jī)以及泵類(lèi)專(zhuān)用變頻器、主軸專(zhuān)用變頻器。需要根據(jù)具體用途選擇對(duì)應(yīng)的變頻器。若是普通負(fù)載選擇通用型的變頻器即可。第三，電流要求。一般在變頻器產(chǎn)品銘牌上都有對(duì)應(yīng)的要求，按照要求供電運(yùn)行即可。不過(guò)若是具有較大慣性的負(fù)載，為了避免設(shè)備損傷需要同時(shí)選擇帶有制動(dòng)單元的變頻器。第四，若是電機(jī)屬注塑機(jī)、壓縮機(jī)，又或者是電機(jī)具有帶載啟動(dòng)特點(diǎn)，特別是六級(jí)之上電機(jī)，變頻器選擇需要在推薦標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提高一檔。第五，需要另外注意的是，變頻器容量是以電動(dòng)機(jī)額定電流為準(zhǔn)，但是富裕量過(guò)大，則會(huì)造成電能浪費(fèi)，同時(shí)整體設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性并沒(méi)有得到明顯提升。第六，以電機(jī)額定電流為參考選擇變頻器，其便是確保電機(jī)和變頻器是最佳適配狀態(tài)，為了穩(wěn)妥起見(jiàn)，一般都是要變頻器容量稍大于電機(jī)額定功率。誠(chéng)然在實(shí)際使用當(dāng)中，電機(jī)額定功率會(huì)有損失，這就意味著按照電機(jī)額定功率選擇變頻器是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2逆變電路IGBT測(cè)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(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出即為變頻器的輸出，它被用來(lái)作為電機(jī)的供電電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。針對(duì)逆變電路IGBT的在線測(cè)量，輸出線U、V、W對(duì)P（+）、N（-）端子的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)IGBT內(nèi)部二極管的測(cè)量，只能大致判斷IGBT好壞，尚不能最后認(rèn)定IGBT就是好的。通過(guò)簡(jiǎn)易的測(cè)量后認(rèn)為IGBT好的就上電試車(chē)會(huì)給維修工作帶來(lái)更大麻煩。脫機(jī)用萬(wàn)用表方法只能測(cè)試其靜態(tài)的性能，不能測(cè)試其連續(xù)導(dǎo)通關(guān)斷過(guò)程中的狀態(tài)。

摸擬變頻器在工作過(guò)程中IGBT的工作性能進(jìn)行測(cè)試很有必要IGBT與驅(qū)動(dòng)電路在故障上有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)IGBT炸裂短路后，驅(qū)動(dòng)電路勢(shì)必被高電壓沖擊而損壞，如果檢測(cè)到IGBT短路，驅(qū)動(dòng)電路有很大的可能性受損;IGBT的損壞也可能是因驅(qū)動(dòng)電路故障而造成的。因此驅(qū)動(dòng)電路或IGBT的故障，都必須徹查IGBT與驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路正常——能正常輸出6路激勵(lì)脈沖，才能上電試車(chē)。維修后的變頻器上電試機(jī)，是一個(gè)必須慎重的事情。必須采取相應(yīng)的措施，以避免在異常情況出現(xiàn)時(shí)新?lián)Q的IGBT模塊燒壞造成二次損壞。

3變頻器對(duì)周邊設(shè)備和周邊設(shè)備對(duì)變頻器的影響及防范措施

變頻器的安裝使用會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至導(dǎo)致其他設(shè)備出現(xiàn)故障。因此，對(duì)這些影響因素進(jìn)行分析探討，并研究采取哪些措施是非常必要的。

3.1漏電流及其處理

使用變頻器時(shí)漏電流有兩種形式：一種是對(duì)地的漏電流：另一種是線線間的漏電流。影響對(duì)地漏電電流的因素及解決辦法有：導(dǎo)線和大地間存在分布電容，分布電容越大，漏電流越大：有效減小變頻器及電機(jī)間電纜長(zhǎng)度以降低分布電容。載波頻率越大，漏電流越大：可降低載波頻率來(lái)減小漏電流。但降低載波頻率會(huì)導(dǎo)致電機(jī)噪聲增加。加裝電抗器也是解決漏電流的有效辦法。漏電流會(huì)隨回路電流增大而增大，所以電機(jī)功率大時(shí)相應(yīng)漏電流也大。至于線線間的漏電流，則是變頻器輸出側(cè)布線之間存在分布電容，若通過(guò)線路的電流含高次諧波，就可能引起諧振而產(chǎn)生漏電流，此時(shí)若使用熱繼電器可能會(huì)使其誤動(dòng)作，解決的辦法是降低載波頻率或加裝輸出電抗器。建議在使用變頻器時(shí)電機(jī)前不加裝熱繼電器，使用變頻器本身的電子過(guò)流保護(hù)功能即可。

3.2外界噪聲干擾

這部分噪聲分為兩種：一種由逆變器本身輻射，另一種通過(guò)驅(qū)動(dòng)器輻射到電機(jī)引線。這兩種輻射使外圍電氣設(shè)備的鉛面受到電磁和靜電感而導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤的行為。對(duì)于儀表、接收器和傳感器用于測(cè)量，一般信號(hào)較弱，如果和逆變器較近或在同一控制柜中，容易干擾和誤操作，應(yīng)采用以下方法解決：盡量遠(yuǎn)離干擾源：不要將信號(hào)線和電源線平行排列，特別不能捆綁—啟動(dòng)，信號(hào)線和電源線屏幕電纜：在驅(qū)動(dòng)器輸入和輸出側(cè)的濾波器或無(wú)線電濾網(wǎng)。外圍設(shè)備單靠壓在地面上，可排除因逆變器接地線漏電流而排除的接地。

3.3電源高次諧波干擾

由于電流逆變器幾乎全部采用PWM控制，這種脈沖調(diào)制形式使驅(qū)動(dòng)器在電源側(cè)運(yùn)行產(chǎn)生高諧波電流，并造成電壓波形失真，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，通常采用以下措施：使用專(zhuān)用變壓器對(duì)逆變器供電，與其他電源系統(tǒng)分離：在驅(qū)動(dòng)輸入側(cè)安裝濾波器循環(huán)反應(yīng)器或各種循環(huán)橋電路，減少高諧波元件，減少高諧波元件，對(duì)于傳入相位電容器，高諧波電流增加電容電流造成嚴(yán)重加熱，必須在電容器前連接以減少諧波元件，對(duì)電感應(yīng)器進(jìn)行合理的分析和計(jì)算，避免發(fā)生LC振蕩。

3.4輸出側(cè)高次諧波

在驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓中，它包含高頻尖峰浪涌電壓。這些高諧波沖擊電壓將降低電機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度，尤其是在PWM控制的逆變器中。因此，驅(qū)動(dòng)輸出端不能連接到電容器或浪涌吸收器，也不能使用帶電容器的電機(jī)，否則會(huì)經(jīng)常損壞逆變器。此外，當(dāng)電機(jī)電纜過(guò)長(zhǎng)時(shí)，由于配電電容器的影響，也容易產(chǎn)生電共振，從而造成電機(jī)絕緣損壞或產(chǎn)生大電流，使逆變器過(guò)流保護(hù)。當(dāng)電纜布線大于100米時(shí)，必須安裝交流輸出反應(yīng)器。

結(jié)語(yǔ)：

變頻器應(yīng)用和維護(hù)屬于理論、實(shí)踐要求都比較嚴(yán)格的工作，需要在具體工作里積極學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能保證自己的技能不斷提升，能夠?yàn)樵O(shè)備持續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

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