變頻器在使用中遇到的故障分析及對策

呂彥迪

（黑龍江第二技師學(xué)院，黑龍江 綏化 152002）

變頻器作為一種高效節(jié)能的電機調(diào)速裝置，因其較高的性能價格比，在工廠得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

變頻器是由整流電路、濾波電路、逆變電路組成。其中整流電路和逆變電路中均使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件，在控制上則采用的是PWM控制方式，這就決定了變頻器的輸入、輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多的高次諧波成分。這些高次諧波成分將會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，產(chǎn)生無線電干擾電波，它們對周邊的設(shè)備、包括變頻器的驅(qū)動對象-電動機帶來不良的影響。

同時由于變頻器的使用，電網(wǎng)電源電壓中會產(chǎn)生高次諧波的成分，電網(wǎng)電源內(nèi)有晶閘管整流設(shè)備工作時，會引導(dǎo)電源波形產(chǎn)生畸形。

另外，由于遭受雷擊或電源變壓器的開閉，電功率用電器的開閉等，產(chǎn)生的浪涌電壓，也將使電源波形畸變，這種波形畸變的電網(wǎng)電源給變頻器供電時，又將對變頻器產(chǎn)生不良影響。文章對于上述現(xiàn)象進行了分析并提出了降低這些不良影響的措施。

1 安裝環(huán)境

變頻器屬于電子器件裝置，在其規(guī)格書中有詳細(xì)安裝使用環(huán)境的要求。在特殊情況下，若確實無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動是對電子器件造成機械損傷的主要原因，對于振動沖擊較大的場合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對控制板進行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。

除上述幾點外，定期檢查變頻器的空氣濾清器及冷卻風(fēng)扇也是非常必要的。對于特殊的高寒場合，為防止微處理器因溫度過低不能正常工作，應(yīng)采取設(shè)置空間加熱器等必要措施。

2 電源異常

電源異常表現(xiàn)為各種形式，但大致分以下三種，即缺相、低電壓、停電，有時也出現(xiàn)它們的混和形式。這些異?，F(xiàn)象的主要原因多半是輸電線路因風(fēng)、雪、雷擊造成的，有時也因為同一供電系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對地短路及相間短路。而雷擊因地域和季節(jié)有很大差異。除電壓波動外，有些電網(wǎng)或自行發(fā)電單位，也會出現(xiàn)頻率波動，并且這些現(xiàn)象有時在短時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，為保證設(shè)備的正常運行，對變頻器供電電源也提出相應(yīng)要求。

如果附近有直接起動電動機和電磁爐等設(shè)備，為防止這些設(shè)備投入時造成的電壓降低，應(yīng)和變頻器供電系統(tǒng)分離，減小相互影響；對于要求瞬時停電后仍能繼續(xù)運行的場合，除選擇合適價格的變頻器外，還因預(yù)先考慮負(fù)載電機的降速比例。變頻器和外部控制回路采用瞬停補償方式，當(dāng)電壓回復(fù)后，通過速度追蹤和測速電機的檢測來防止在加速中的過電流；對于要求必須量需運行的設(shè)備，要對變頻器加裝自動切換的不停電電源裝置二極管輸入及使用單相控制電源的變頻器，雖然在缺相狀態(tài)也能繼續(xù)工作，但整流器中個別器件電流過大及電容器的脈沖電流過大，若長期運行將對變頻器的壽命及可靠性造成不良影響，應(yīng)及早檢查處理。

3 雷電和感應(yīng)雷電

雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓有時也能造成變頻器的損壞。此外，當(dāng)電源系統(tǒng)一次側(cè)帶有真空斷路器時，短路器開閉也能產(chǎn)生較高的沖擊電壓。變壓器一次側(cè)真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側(cè)形成很高的電壓沖擊尖峰。

為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當(dāng)使用真空斷路器時，應(yīng)盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，因在控制時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

4 變頻器對周邊設(shè)備的干擾及對策

上面已經(jīng)講過變頻器能使輸入電源電壓產(chǎn)生高次諧波。同時，變頻器的輸出電壓和電流除了基波之外，還含有許多高次諧波的成分，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去，這些高次諧波對周圍設(shè)備帶來不良的影響。其中，供電電源的畸變，使處于同一供電電源的其他設(shè)備出現(xiàn)誤動作，過熱、噪聲和振動；產(chǎn)生的無線干擾電波給變頻器周圍的電視機、收音機、手機等無線電接收裝置帶來干擾，嚴(yán)重時不能正常工作；對變頻器的外部控制信號產(chǎn)生干擾，這些控制信號受干擾后，就不能準(zhǔn)確、正常地控制變頻器運行，使被變頻器驅(qū)動的電動機產(chǎn)生噪音，振動和發(fā)熱現(xiàn)象。

4.1 對接在同一電源設(shè)備帶來的干擾

當(dāng)變頻器的容量較大時，將使網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生畸變，通過阻抗耦合或接地回路耦合將干擾傳入其它電路。消除或削弱對接在同一電源的設(shè)備帶來的干擾，可以將變頻器的輸入端串入交流電抗器，在變頻器的整流側(cè)插入直流電抗器。也可以在變頻器電源輸入端插入濾波器，LC濾波器是被動濾波器，它由電抗和電容組成對高次諧波的共振回路，從而達(dá)到吸收高次諧波的目的。有源濾波器的工作原理是：通過對電流中高次諧波進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，輸入與高次諧波成分相位相反的電流來削弱高次諧波的目的。

4.2 對于產(chǎn)生的無線電干擾波

目前，變頻器絕大部分是采用PWM控制方法。變頻器輸出信號是高頻的開關(guān)信號，在變頻器的輸出電壓、輸出電流中含有高次諧波，通過靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生無線電干擾波。這些干擾波有的通過電線傳導(dǎo)，有些輻射至空中的電磁波和電場直接輻射。而輻射場中的金屬物體還可能形成二次輻射。同樣，變頻器外部的輻射也會干擾變頻器的正常工作。

電線傳導(dǎo)的無線電干擾波的抑制，可以采用噪聲濾波變壓器，對高次諧波形成絕緣；插入電抗器，以提高對高次諧波成分的阻抗，在變頻器的輸入端插入濾波器。

輻射無線電干擾波的抑制，較傳導(dǎo)無線電干擾波要困難一些。這種無線電干擾的大小，決定于安裝變頻器設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)，和電動機電纜線長短等許多因素有關(guān)?？梢员M量縮短電動機電線，電線采用雙絞措施，減少阻抗；變頻器輸入、輸出線裝入鐵管屏蔽；將變頻器機殼良好地接；變頻器輸入、輸出端串接電抗器，插入濾波器。

4.3 振動、噪聲

振動通常是由于電機的脈動轉(zhuǎn)矩及機械系統(tǒng)的共振引起的，特別是當(dāng)脈動轉(zhuǎn)矩與機械共振電恰好一致時更為嚴(yán)重。噪聲通常分為變頻裝置噪聲和電動機噪聲，對于不同的安裝場所應(yīng)采取不同的處理措施：變頻器在調(diào)試過程中，在保證控制精度的前提下，應(yīng)盡量減小脈沖轉(zhuǎn)矩成分；調(diào)試確認(rèn)機械共振點，利用變頻器的頻率屏蔽功能，使這些共振點排除在運行范圍之外；由于變頻器噪聲主要有冷卻風(fēng)扇機電抗器產(chǎn)生，因選用低噪聲器件；在電動機與變頻器之間合理設(shè)置交流電抗器，減小因PWM調(diào)制方式造成的高次諧波。

以上通過對變頻器運行過程中存在的問題的分析，提出了解決這些問題的實際方法。隨著工廠電氣自動化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對變頻器的干擾問題有深入的認(rèn)識，并采取相應(yīng)的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產(chǎn)的正常進行和設(shè)備的穩(wěn)定。

[1]霍秋忍,鄒貴,張習(xí)良.變頻器的常見故障和處理辦法 [C].2007年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集（下冊），2007-08-01.