變頻器主電路的檢測與維修

劉可夫 常亮 宋其軍

【摘 要】隨著國家經濟的快速發展，各領域不斷地提高，對電力的需求也不斷增大。在電力不斷改革中變頻器控制得到了大量的應用。由于安裝使用量越來越大，在其優勢突顯的同時，不可避免地故障維修量也同時加大了。

【關鍵詞】變頻器；主電路；檢測；維修

引言

通用變頻器的內部設計電路中，是應用檢測電路把變頻器與電機的運行狀態經過數字化轉換后回饋給中央處理器，中央處理器把收到的數字信號通過算法優化處理之后給各分部電路下達控制指令或保護指令，來對變頻器的頻率輸出進行控制，同時也達到對變頻器和電機進行保護的目的。

1變頻器主電路結構

目前，絕大部分低壓變頻器均采用先整流再逆變的結構方式，所以其主電路基本都是由整流和逆變兩大部分環節構成。一般三相電流輸入端都是分別用R、S、T三個字母表示，輸入380V或者220V三相交流電流，經D1至D6六只二極管組成的三相整流橋電路整流后，成為直流電，其電壓標記為UD，整流過后的脈動直流電流經過濾波電容器C1和C2濾波。整流濾波過后的直流電，再經過斬波處理后，將處理過后的直流電流經由V1至V6六只IGBT晶體管（絕緣柵雙極性晶體管）組成的三相逆變電路，進行逆變處理，最終形成電壓和頻率可任意調整的三相交流電流輸出給電動機使用。

2濾波電容檢察

日常生產中我中心變頻器逆變模塊的損壞主要原因就是電容的容量減小，失容和失效。驅動電路異常造成逆變模塊損壞反而不是很常見。電容的容量不足輕者表現為帶負載能力差，負載加重時往往跳直流回路欠壓故障，電容的進一步損壞就有可能造成逆變模塊燒壞。此類故障比較隱蔽不易引起人們的重視，檢察時也比較費周折，有的電容測量其容量似乎是好電容，但好壞則不一定。尤其是大功率變頻器中電容，運行多年后，其引出電極常年累月數百赫茲的大電流沖放電沖擊，會出現不同的氧化現象，用電容表測量，容量正常，但接在電路中，則因充、放電阻增大，致使直流回路電壓下降，變頻器不能工作，檢修人員往往會做出判斷。失容后則極容易出現諧振過壓導致模塊炸裂。檢修兩年或運行年限更長的變頻器，儲能電容要引起重視；對逆變模塊不明原因的損壞，則應首先徹查直流回路電容。變頻器未損壞前跳“減速過電流”的現象，應說明的是，減速過電流是發生在加速啟動過程中。變頻器在加速中用頻率自動下調來抑制啟動過電流，就要考慮濾波電容是否正常。直流回路儲能電容的“硬”損壞，會出現明顯的濺液、鼓頂、炸裂等現象，觀察即能看出。兩只電容串聯與電路中容量應相等或接近，偏差過大時，容量小的電容會因承受高過電壓而損壞。儲能電容有“老化失效現象”電容表測量不出容量異常，單在運行中會造成直流回路電壓下降，變頻器頻報欠壓故障，帶載能力差。電容測量只能對變頻器解體單獨用電容表測量電容的大小，同時也要做電容的耐壓實驗。為此我中心設計了電容充放電實驗裝置。此裝置除了可以用于檢測電容好壞外，還可用于變頻器在用電容的檢測，以此判斷在用電容是否合格，是否需要更換，防止因電容超過使用壽命后各項指標不合格造成變頻器損傷。我中心員工根據電容充放電原理，利用調壓器、升壓變壓器、電阻、電容等元器件自行設計了一款電容充放電實驗裝置。其中T1為調壓器，調壓范圍為AC0～220V，通過升壓變壓器，可為整流橋輸入端提供AC0～690V的可控電壓，經過橋式整流后，可輸出DC0～621V，電容C1、C2、C3及均壓電阻R1、R2、R3組成了濾波單元，最終在被測電容兩端可得到600V左右的直流電壓，因電容出廠時耐受電壓預設值為550V左右，該裝置完全能夠實現對電容的沖擊試驗。充電實驗：接上待測電容C后為控制回路供電，按下充電啟動按鈕SB1，使得充電繼電器KM1吸合，緩慢調節變壓器T1輸出電壓，直到電壓表顯示600V左右，觀察待測電容有無異常現象，若無，停止控制回路后再啟動SB1，模擬600V左右的電網電壓直接沖擊電容，若電容完好無異常，則待測電容合格，可以使用。放電實驗：斷開測量回路電源，啟動放電按鈕SB2，使放電繼電器KM2得電吸合，放電過程中電壓表會直觀地顯示待測電容兩端的剩余電壓，該過程中，放電指示燈會經歷由亮到暗的過程，直到放電完成指示燈處于熄滅狀態。

3變頻器故障類型及其故障處理方法

3.1電壓超過固定范圍

變頻器都具有一個正常的工作電壓范圍，當電壓超過這個范圍時，會發生過壓，可能會損壞變頻器，常見的過壓主要分為兩種，分別為輸入交流過壓以及發電狀態中過壓。輸入交流過壓是指輸入的交流電源的電壓值高于正常值，一般在節假日過程中線路負載較大時，電路的電壓會升高或者線路出現故障時，指示燈會提示與報警，過一會再進行送電重啟，變頻器即可恢復正常。發電狀態過壓主要是指電動機的轉速較高，進而使電動機處于發電狀況。這種情況在故障中較為常見。第一，當變頻器對大慣性的負載進行拖動時，其減速時間設置較短，在減速期間，變頻器輸出的頻率逐漸減小，且減小的速度逐漸加快，負載方面主要是借助本身阻力進行減速，使得負載拖動轉速增加，高于正常自身轉動頻率。而電動機自身處于發電狀態，沒有回饋功能，對于問題也不能進行反饋，導致電壓逐漸升高，超過相應的保護數值，變頻器出現故障。第二，當多個電機共同發生負載時，也可能會出現過壓問題。主要是由于負荷沒有進行正常分配，即每個電機的轉速是不相同的。例如：兩個電機對同一個負載進行拖動，當一個電機的轉速較大時，轉速大的那個電機為原電機，而轉速較低的電機會處于發電狀態，進而導致電機出現故障，這種故障可能會導致電壓增加或者變頻器的參數發生改變。

3.2變頻器發生過載故障

變頻器的過載故障主要包括變頻過載故障以及電機過載故障。導致故障出現的原因可能為電機加速的時間較短、電網中的電壓過低或者負載過重導致的。在一般情況下，處理方式會使用延長加速時間、對電網的電壓進行檢查等。負載過程可能是因為電機以及變頻器對于負載不能拖動，或由于機械潤滑油缺少而引起的，需要對電機或變頻器進行更換或者加以檢修，進行檢測。

3.3電壓過低導致變頻器出現故障

電壓過低可能導致電源的輸入方面存在問題，導致線路電壓超載或者線路方面接觸不良。例如：在西門子系列的變頻器中，pmu的液晶屏上顯示：“e”，在這種情況中，變頻器不能夠正常工作，重新進行停電或者送電均不可以，在說明書中沒有詳細介紹，在對外接的電源進行檢查中發現電壓較低，不能滿足電路中的電壓需求，解決電壓過低的問題后，問題解決。

3.4溫度過高導致變頻器出現故障

溫度過高也會導致變頻器出現故障，例如：變頻器發生溫度過高的預警但是檢查過程中發現傳感器穩定正常，這可能來源于其他干擾將故障屏蔽了。如果遇到類似的故障，可以與變頻器的廠家進行聯系，得到比較好的解決方法。

結語

對變頻器進行維修是一項集理論工作、實踐經驗以及操作方式相結合的工作，工作人員的技術水平影響我國變頻器的質量。作為工作人員，應不斷更新相關知識，掌握其特點及功能，不斷提升工作質量及工作效率，解決一些維修過程中的常見問題，研究出一套合理的故障解決方案，提升自身技術水平。

參考文獻：

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[2]周志敏，周紀海，紀愛華，編著.變頻器工程應用·電磁兼容·故障診斷[M].北京：電子工業出版社，2017：79-84，93-97.

（作者單位：1大慶油田有限責任公司第三采油廠電力維修大隊；

2中油電能公司售電事業部紅崗營業所黑龍江；

3 中油電能公司售電事業部紅崗營業所黑龍江）