變頻器的概述與應用及其常見問題的處理

南通醋酸纖維有限公司 張 秦 徐英杰 韓 宇 邱天博

變頻器在整個電力行業、冶金業、供水等領域得到了廣泛的使用，既能夠保障調速以及平滑度，也能夠擴大調速的范圍，還能夠有效的提升調速效率，減少啟動的電流，使得整個系統的運行趨于穩定，很大程度上減少能源的消耗[1]。但在變頻器的使用過程中，如果使用不當或存在一些操作失誤，就會引發故障和一些安全隱患，進而使得儀器的使用壽命縮短。

1 變頻器基本概念概述

變頻器在電力設備中廣泛的應用，最主要的作用就是改善交流電機的供電頻率，進而實現節能減排、提升電力系統穩定的目標：變頻器基本構造。主要有整流單元、濾波單元、逆變單元、制動單元、驅動單元、檢測單元、控制單元組成；變頻器基本原理。各個組件發揮作用，使得工頻電流轉換為各種頻率的交流電，從而促使電機的速度發生變化。基本過程為：由控制電路對主電路進行控制；通過整流電路將交流電轉化為直流電，并將其輸入到中間電路中；在中間電路平滑濾波的處理直流電，將其輸入逆變電路；在逆變電路的作用下使直流電二次轉化為交流電[2]。

影響變頻器停止運行的因素：變頻器的運行參數設定不合理。會導致變頻器的外部情況難以滿足設備的實際運行條件，所以會導致變頻器自身的保護機制自動開啟，進而停止了工作；變頻器所處的運行條件較差。如溫度的變化、粉塵導電這些外部環境的影響，就會引起電力的路線短路，不僅使得工作停止、還會對變頻器造成損害，所以需要對變頻器進行維修工作，更換已經損壞的零件，確保之后變頻器的正常運行，保障整個工作過程的穩定和安全[3]。

變頻器應用注意事項：先要仔細的了解負載的功率，并遵照要求來選擇適用的變頻器，盡可能減少由于功率不足導致的變頻器失效的情況發生，也要避免由于功率過大而造成的電能浪費；變頻器的種類繁多，分為通用、風機、主軸專用、泵類專用的變頻器等，對普通的負載選擇通用的變頻器即可；對于不同的負載情況要求的電流也不同，在變頻器的產品銘牌上一般都有著對應的要求，按照相關的要求進行運行即可。但遇到慣性較大的負載，就需選擇具有制動單元的變頻器，進而減少設備的損傷。

2 變頻器運行常見問題及日常維護與保養

2.1 變頻器運行常見問題

根據變頻器的基礎運行特征來看，其常見問題可以分為三種類型：

按照變頻器故障發生時間可分為間歇性故障和突發性故障。突發性故障是指變頻器在運行過程中沒有任何預兆突然發生故障或停止工作，這種故障的原因排查難度較大，一般情況下需對電力系統進行檢測，同時對變頻器進行解體查驗，才能找到引起變頻器出現故障的原因；間歇性故障是指電力系統運行不穩定、所處環境較為惡劣而引起的故障，這種故障更為常見，一般情況下故障原因排查難度較低，可采用相應預防措施。

按照變頻器故障發生位置可分為電源故障和元件故障。電源故障是指變頻器電源發生故障，這種故障一般是由電力系統所導致，使變頻器無法正常運行，通過調整電源即可消除。變頻器元件故障是指其內部元件發生故障，如出現短路、斷線等，這種問題需對變頻器進行解體維修；根據變頻器故障排查難度可分為隱性故障和顯性故障。隱性故障是指通過觀察不能確定的故障類型，需采用專業檢測設備才能消除，排查和維修難度較大。顯性故障是指專業人員通過觀察即可判斷故障位置和故障原因，這種故障一般情況下排查難度較小，便于維修[4]。

2.2 變頻器維修的主要內容

使用變頻器要注意使用的環境，二者有著直接影響的關系。在開展變頻器的工作時，為了進一步的維護和修養，需要保障好溫度、濕度、灰塵等因素的變化，盡可能的避免這些因素對變頻器工作的運行影響，防止變頻器在使用過程中出現問題，導致儀器無法正常運行。

基于此，維護變頻器的主要工作內容有以下幾點：首先要仔細查看變頻器及電機的運行過程，確保聲音是否異常、是否有發熱，震動等現象的發生；其次要觀察變頻器的工作環境，確保溫度、濕度、有無灰塵的清潔度；然后要觀察變頻器散熱風扇的運轉。若功率模塊的工作一直連續，可能會產生發熱等不良狀況，需要及時地將熱量排出來；接著檢查變頻器的輸出和輸入電壓值，檢查電力數值是否突破工作之外的額定值；注意及時更換變頻器的內部，特別是變頻器內部在電解電容下的工作；盡可能的避免變頻器接觸到易腐蝕的氣體，可根據電機的控制中心根據空調的系統進行環境空氣的優化[4]。

2.3 變頻器維護具體注意事項分析

第一，定期檢查螺絲釘緊部位松弛程度。防止螺絲釘由于震動而松動或脫落，使得整個銅排的溫度上升，進而丟失導電信號；第二，定期檢查導線的破損情況。防止出現震動，使得構件以及絕緣層出現摩擦受損，進而產生電氣事故；第三，定期檢查灰塵的積累情況，及時清掃。防止出現灰塵，進而導致潮氣吸入，使得支撐部件和母線之間出現漏電的情況；第四，定期的檢查電路安全。

3 常見變頻器故障診斷與檢修方法

變頻器的常見問題有很多，比較常見的幾個分為主電路故障、輔助控制電路故障。其中，主電路故障是指整流塊損壞、逆變器的模塊燒壞以及充電電阻損壞；輔助控制電路故障則包括開關的電源損壞、驅動的電路出現故障、反饋與檢測的電路故障。

3.1 主電路故障

3.1.1 故障現象

此故障的具體現象表現為，系統進行停電檢測之后進行相應的停電檢修，然后開展上電實操，在操作過程中發現，變頻器的主控制板印制電路板上側充電的信號燈不亮，所以在測量了之后會顯示出變頻的輸出電壓沒有。

3.1.2 故障檢查

遇到此現象，檢測的人員就會考慮是不是印制電路板有所損壞，然后更換同一屬性的印制電路板，會發現故障并沒有解除。進而進一步檢查印制電路板的連接線路，能夠發現電源為變頻主回路直流母排電源。直流的電壓是通過三相整流橋獲得的。在整個變頻器中，可以配置三相的電源變壓器，同時使得R/S/T 三線的電壓值都為220V。

此時的交流接觸器的線圈電壓為220V，可以利用印制電路板觸點進行控制。通上電再進行接下來的操作，會發現用萬用表直流電壓進行測量的電容兩端的直流電壓是比較低的，基本在405～12V 這一區間震蕩，并不能夠直接的形成高直流電壓。緊接著斷開主回路的觸點，會發現左邊的電壓值較好，大約在330V 左右。檢查觸點并聯的水泥電阻，再將水泥電阻進行拆卸然后測量電阻值，會發現電阻值為100kΩ。與此同時可以檢查水泥電阻器，發現其表面有許多的細紋存在，因此發生了這類故障。

3.1.3 故障分析及故障處理措施

一般來說，在一個正常的運行條件下，能夠確保三相交流電經過一個整流處理之后，可以利用水泥電阻向主流電路進行充電。所以選擇的水泥電阻值必須要是在合理電壓之下的，同時電流的上升率也要有所保障，否則可能會導致整流橋的電路出現損壞。一旦充電電壓達到了標準值之后，變頻器的印制電路板的內部電源就會隨之啟動、開始運行，這個時候要使印制電路板與接觸器完全契合，采用接觸器與水泥電阻短接的形式，讓整個變頻器開啟正常的整流逆變的過程。當主回路的充電時間較大時，放電回路的充電時間就會顯得較小，那么此時的主流電路就沒有辦法建立直流的電壓，就會影響到印制電路板的運行。雖然是印制的電路板出現了問題，但實質上卻是主電路出現了故障。

為了能夠保障生產的過程繼續下去，可以選擇四個10W、270kΩ 電阻進行并聯、然后再進行使用。這樣在開機之后印制電路板的充電信號燈才會亮起，并與接觸器吸合，變頻器也就正常輸出了。

3.2 輔助電路故障

故障表現與分析。該故障主要表現為，在整個變頻器的運行過程中，剛開始運行的時候是正常通電的狀態，并且現實存在但是卻沒有輸出。拆卸變頻器檢查之后會發現與熔斷問題相似。如果檢修工作人員的經驗不夠，就不會檢查模塊是否出現問題。如果沒有快熔備件的時候，并不能夠及時得找到其他能夠可以替換的熔件，那么就可以采用銅芯線進行替換。如果變頻器在啟動運行之后發出巨響，那么就會發現，兩組的模塊炸裂了，并且周邊的吸收回路、驅動板都有了一定程度的損壞，再也沒有恢復的可能了，所以就只能更換新的板子，那么這樣就會損失一定的資金。

故障處理。可以使用快速熔斷器來進行故障處理，這是因為快速熔斷器很大程度上保護了硅整流元件、晶閘管半導體元件。其他的熔斷器類型并不能夠保護電子元件。同時，也不要采用銅芯線進行替換，銅芯線在使用時可能會發生短路的故障，并且銅芯線的傳導速度不夠，如果燒斷了可能會四處的噴灑，這樣可能會引發大面積的燒壞。

3.3 環境故障

故障表現。這種故障表現為安裝變頻器時，運行過程中正常的停車，但是卻不能再次啟動了。

故障檢查。檢測人員在檢查時可能會發現操作的面板顯示過電流，進行復位之后還是顯示過電流，同時在開蓋之前聞到了糊味。生產廠家進行檢查之后，就會發現絕緣柵雙極型晶體管損壞，進行更換之后就恢復了運行，但是在幾個月之后會發現還是出現這樣的故障。

故障分析。這是因為安裝的環境為礦井，下面的溫度是很高的，當變頻器在一個高溫的運行狀態下，停車了之后溫度下降，再次開啟的時候變頻器的環境冷熱交替，設備內部會產生凝露，這樣就會導致放電短路，進而造成了一定的期間損傷，久而久之就會無法啟動。

故障處理。一定要妥善處理好凝露、潮濕、腐蝕等問題，可以構建一個單獨的電氣控制室，保障整個室內的環境穩定、空氣干燥，減少一定的波動，從而保證變頻器能夠正常的運行。

3.4 變頻器過載故障及維修策略

過載故障是指變頻器運行電流額超過其額定值，從而導致變頻器出現負載過大的問題，導致其內部構件損壞或停止運行，這種故障通過延長減速時間、更換大功率變頻器即可完成維修目標，能夠取得較好的維修效果。

3.5 散熱方案設計不當引起故障及處理措施

柜頂風機產生的風量較大，而變頻器室附近所安裝的進風口較小，使得變頻器室內的負壓呈現出不斷增長的趨勢，這無疑降低了功率單元換熱效率；對于變頻器室而言，其進風口附近存在大量的粉塵，一旦這些粉塵被吸入到變頻器室內，變頻濾網會出現堵塞現象，這無疑降低了變頻器進風量，使得功率單元內部的換熱效率不斷下降。

變頻器室內安裝和使用了兩臺不同型號的高壓變頻器，單臺高壓變頻器額定功率達到了3200kW，按照發熱量的4%為比例進行計算，兩臺變頻器所獲得的發熱量共達到了2×1600×4%=128kW，在額定負載環境下，變頻器頻率高達45Hz，因此兩臺不同型號的變頻器所產生的總發熱量達到了90kW 左右。此外，變頻器室內所配置和使用的空調較少，僅僅只有四臺，這些空調的制冷功率僅僅為46kW，一旦環境溫度超過了所設定的標準就會出現問題。

維修人員根據以上原因進行分析和研究，拆除風道和變頻器柜上的抽風機，然后在變頻器室設置兩臺制冷功率分別為28kW 的空調，并將空調位置設置在變頻器柜門的對面，此外還要徹底關閉整個變頻器室，僅借助空調對室內環境進行冷卻處理。當變頻器室內部結構改造、兩臺高壓變頻器再次投入使用，發現變頻器運行正常穩定，沒有出現模塊超溫現象。

綜上，技術人員要在熟練掌握變頻器的相關知識的基礎上，加強維護的技術水平，使得變頻器始終保持著高效率的工作，減少能源的損耗和設備的損害。