鋼鐵廠常見變頻器維修技術探討

摘要：鋼鐵廠的變頻器由于其不同型號以及不同工作模式會導致故障的高度復雜性，但是其基本的工作原理是不變的，因此變頻器的維修人員必須徹底了解變頻器內部構造及特點，從而提高自身的維修水平。文章通過對鋼鐵廠所使用的常見類型變頻器進行調查，并對常用的變頻器故障檢測維修技術進行分析，以供相關技術人員參考。

關鍵詞：鋼鐵廠；變頻器；維修技術；內部構造；故障檢測維修技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM464 文章編號：1009-2374（2016）19-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.037

通過對工作原理以及元器件的理解為維修工作以相應的啟迪，并將所擁有的知識應用于實際的維修工作中，以便對維修過程中的疑難問題進行解決，從而促進對鋼鐵廠變頻器維修水平的提高。

1 變頻器概述

鋼鐵廠所用的變頻器通常來自于各個地方不同的生產廠商中，因此其內部元器件的尺寸標準以及線路分布結構往往會有一定的不同，但其運行均是借助了微電子集成處理以及電路變頻兩種技術的有機結合，通過對其內部的電壓電流等進行控制從而影響線路中其他動力設備的運行狀態，以降低線路中的能源損耗。正是由于變頻器各生產廠家在產品的參數以及內部構造與回路方面各不相同，因此在實際的維修中應當特別加以注意。但是關于變頻器本身的基本構造形式以及變頻器內部回路的連接原理是置于同一理論值的基礎下所形成的，因此即使各個變頻器生產廠商所生產的變頻器在其內部結構或者是形式上有所不同，但其內部線路的電力功能是一致的，只要掌握其工作原理，即使面對不盡相同的變頻器構造，也可以將其電力回路做到了然于胸。機械設備的維修人員在進行變頻器的維修時，必須要對微電子集成的線路區域特別留意，一方面是由于缺乏相應的線路圖；另一方面則是由于該區域微電子的數量分布較為密集，稍有不慎則會導致微電子線路受到破壞，從而影響變頻器的正常工作。而變頻器的主回路在某些大體積的元器件的維修與檢測上則要相對簡單些，一則是這些處于主回路中的元器件需要負擔整個回路的電流與電壓，其所能承受的電流與電壓數值較大，因而不會在檢測與維修時因失誤而導致元器件被燒毀；二則是這些元器件本身的體積較大，相對于精細化的微電子而言，在檢測與維修的工作上要更為方便和快捷。

2 變頻器的基本回路構成

一般情況下，鋼鐵廠所采用的變頻器是采用交流-直流-交流的連接進行電路的變頻處理，在其內部的回路上有諸多不同功能和作用的分支回路，以實現對電路的監測和控制，主要包括整流限流、濾波制動以及逆變電檢測等共同構成并承擔各自擁有的功能處理工作。在其主回路中一般會有三個端子開關與三相電進行連接，并由數個相同規格的二極管排列組合而成整流電路，在這其中通過將限流電阻與繼電器組合，形成限流電路以保證線路的安全性，濾波電路則是由相同規格的分壓電阻與電解電容組成。制動電路主要是由開關以及制動電阻構成，并由絕緣柵的6個雙極晶體管（IGBT）作為三相逆變器進行連接，輔以同樣數量的內置二極管，將三個輸出端子U、V以及W與進行變頻控制的馬達進行連接。

2.1 關于整流電路

整流電路一般是由6個同等規格的二極管組合構成，不過在實際維修時則會發現一般都是將其集成為一整塊的整流模塊，以方便后期的維修。而整流模塊主要是負責將電網中的三相400V交流電經由整流模塊當中的二極管全橋整流為脈動直流電源進行供電工作。

2.2 關于限流電路

限流電路通常是由限流電阻以及線路中的繼電器觸點在線進行相互的并聯之后再進行串聯，并以此種形式連接在直流電路的回路當中。這主要是考慮到變頻器在進行送電啟動的瞬間不可避免地會出現相對強大的電流，出于保護電力線路中的三相模塊考慮，一般會選擇將電阻置于直流回路之上，即將其作為串聯電路對瞬間電流起到一定的緩沖效果，可以十分有效地降低設備啟動瞬間電流過大所產生的不利影響。通常情況下，瞬間啟動所形成的瞬間電流在這種串聯線路影響下其電流數值會逐漸減小，對存在于濾波電路當中的充電電流也會隨之而減小，而當電路中的充電電流其數值衰減到了某一范圍時，線路便可開始正常運轉。

2.3 關于濾波電路

濾波電路的主要作用在于把電力線路中不穩定的電壓進行穩波處理。具體內容為，通過電解電容器對于電路中的電壓進行相應的濾波處理，將其變化的浮動數值控制在一定范圍之內，直到最終穩定為符合電力線路要求的直流電。在實際的工業生產中，鋼鐵企業一方面出于成本考慮；另一方面出于生產工藝考慮，多會利用電容器對電路進行濾波，從而實現對于整流電路當中所輸出直流電壓的平波處理。鋼鐵企業的400V專用電網借助于變頻器供電時，需要將濾波電容器串聯，以完成分壓，之后則是并聯以完成分流，并最終回到直流電路中去。不過考慮到實際情況，在該線路也會使用兩只電阻進行分壓處理，也就是將直流母線電路當中的電壓進行均分，之后則是將其分別轉到兩只電容器上。

2.4 關于電路的制動

變頻器中所涉及到的電路制動類似于斬波器的效果，它的工作方式比較簡單，主要是對線路中的電壓數值進行監測，如果線路中的電壓數值過大或者是過小，則會控制電阻的工作，通過投入與切除兩種方式實現對線路穩定的保護。其并且對于制動電阻所經過的流過進行檢測和監控，以確保其工作的安全可靠。變頻器一般會依照其自身功率大小進行區分，通常會分為內置與無內置這兩種制動單元情況，需要安裝內置制動單元的只有小容量的變頻器。在制動電路進行工作的時候，通常會需要經過一個電子開關并將制動電阻連接到該變頻器內部的直流母線當中，以保證變頻器能夠在對電機進行減速時吸收由于制動而產生的能量，對于泵升電壓也能起到相應的降低作用，從而確保直流母線的電壓保持在正常范圍，以免由于過高而導致逆變電路的毀損。

2.5 關于逆變電路

逆變電路主要是指由六個開關器件共同組成三相橋式的逆變電路。這六個開關器件以一定的方式進行組合，從而依據一定的規律實現在動態信號控制之下，把母線的電源由直流轉為電壓與頻率可控制的交流型電源，也就是變頻器所輸出的電源。

3 變頻器中存在的故障問題及其維修

3.1 開關電源的損壞

作為許多變頻器都經常會發生的一項故障，其通常原因是開關電源本身的元器件出現了損壞或者是負載中出現了短路的情況所引起。在現今的變頻器生產廠家中，丹佛斯型號的變頻器主要是采用新型的脈寬集成芯片技術，從而實現對于開關電源進行輸出的調整，并且這種技術還兼具電流檢測以及電壓反饋等諸多輔助功能。當出現了無顯示的情況、控制端子無電壓以及正極24V的風扇沒有運轉等情況時，可以考慮對開關電源進行檢查，查看其是否損壞，如果對于電源是否故障無法做出判斷，則可以通過外接正極24V的電源進行測試，如果檢測結果顯示正常，則基本可以認定為電源板的故障。

3.2 IGBT的損壞

由于IGBT模塊本身的散熱性能較差，因而由于散熱不良而導致的變頻器出現故障也是較為常見的故障問題之一。由于模塊散熱性能較差，往往會導致其外接保險被燒毀，這種現象有時候會由于變頻器內部散熱片的風機長期未清理而落滿灰塵以及油污，使得散熱通風無法正常進行。因此應當將變頻器進行定期的清理與維護，將風機的散熱片拆下進行清洗，清洗時應使用空壓氣體進行，對于變頻器內部的其他結構件以及板卡也應全部做好清理工作。同時也要進行IGBT模塊的更換，并且在進行安裝時應當依據模塊安裝的步驟要求，嚴格按照順序進行安裝。之后則是進行觸發電路的檢修，然后則是依次安裝其他元器件。在模塊安裝結束之后應當進行靜態檢測，在確定檢測的結果良好之后，方可進行通電測試以及負載試驗。

3.3 送電無顯示

如果變頻器在送電之后沒有出現應有的顯示，則應當立即查看是否整流電路出現損壞，如果整流電路正常則應查看限流電路是否出現損壞，通過排查法一一進行檢測，直到找到問題的根源所在。由于限流電阻以及整流模塊的更換相對較為復雜，因此必須要仔細分析并找到具體的損壞原因。對于部分較為簡單的元器件可以通過簡單的更換，以檢測其是否有壞損現象，直到確定線路中完全沒有問題時，方可通過重啟動進行驗證和調試。

3.4 輸出電壓過低以及缺相問題

關于變頻器在輸出端的實際輸出電壓出現過低的情況，大多是由于主回路當中直流母線的電壓過低所引起。不過如果控制主板存在輸出驅動的信號過低或者是逆變的模塊出現老化情況，都會在不同程度上導致輸出的電壓過低。若要發現其中的具體原因則需要對直流母線的實際電壓進行檢查以確定是否存在輸出過低的情況。檢查整流模塊以及電容器是否出現損壞或者是老化的現象。通過對所檢查的元器件進行檢查和換新工作，解決其電壓過低的問題。就實際情況以及經驗而言，大多缺相故障都是由于逆變電路上的損壞，少部分情況下是由于兩個及以上電路同時出現了壞損。如果是由于逆變模塊損壞而引起的故障則可以通過將變頻器的蓋板打開，依據正確順序進行拆卸，并借助萬用表對IGBT的輸出模塊進行檢測，如果觸發信號沒有實現其觸發則應檢查所對應的驅動模板，通過這樣一步步的檢測從而確定問題的最終根源并進行損壞模塊的更換作業。在進行變頻器的送電時，如果變頻器發生異常則應當及時切斷電源并重新進行檢查。

4 結語

在進行日常的維護時，維護人員應當注意變頻器、電機及線路環境的改善與清理，并且做好定期的內部灰塵清理工作，對于電網的電壓也應做好適當的監控與控制，從而保證變頻器的正常運行。雖然鋼鐵廠的變頻器由于其不同型號以及不同工作模式會導致故障的高度復雜性，但是其基本的工作原理是不變的，因此變頻器的維修人員必須徹底了解變頻器內部構造及特點，從而提高自身的維修水平，實現對變頻器故障的解決。

參考文獻

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作者簡介：饒宜萍（1973-），男，江西宜春人，新余鋼鐵集團建設公司助理工程師，研究方向：電氣維修。

（責任編輯：王 波）