變頻器的故障處理及維護保養

聶夢麒，劉 麗

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000）

1 變頻器的構成及工作原理

變頻器主要由整流單元、控制器、逆變器和電容四部分構成[1]。整流單元的作用是將具有固定頻率的交流電變為直流電；逆變器在變頻器中起著關鍵的作用，通過逆變器中各個開關元件的斷開與導通實現直流電向交流電的轉換。逆變器是由大功率晶體管開關組成的陣列，主要作用是將系統得到的直流電轉換為各種頻率和幅度的方形波；電容則是為了儲存一定的電能；控制器則根據預設的程序來控制逆變器輸出端方形波的寬度，并將不同的方波進行疊加形成正弦波，從而為交流電機不同階段提供相應的交流電[2]。

2 變頻器常見故障分析

2.1 變頻器過載或過流

當變頻器發生過載或過流時，通常均是因負載過大造成。在判斷此類故障時，可先將變頻器的輸出端與電機脫離，然后再啟動變頻器，測量電流判斷故障是否排除，再對變頻器輸出端電壓進行測量，若電壓正常且三相平衡，則可以排除變頻器故障，應在負載查找故障點。

2.2 變頻器過壓故障

變頻器過壓故障的原因通常是負載端故障，電機因某種原因（負載慣性過大，減速時間過短）在系統內生成了再生電，即負載的驅動電機瞬時轉速大于變頻器的瞬時輸出轉速，從而使負載所攜帶的動能通過電機轉子轉化為逆向電能，造成直流母線端的電壓升高，從而引發變頻器發生過壓保護。

2.3 變頻器欠壓故障

變頻器發生欠壓故障后，應先檢查變頻器輸入端電壓是否正常，電壓過低、缺相等均會引發此故障。

2.4 變頻器過熱

通常，散熱風扇不能正常運行、散熱通道有灰塵等堵塞、環境溫度過高、通風條件較差等均會造成變頻器過熱。

2.5 變頻器缺相

變頻器缺相通常是由輸入端缺相、輸入端子虛接、輸出端子虛接等原因造成的，首先應檢查輸入、輸出端子接線是否良好，斷開輸出端電機，測量輸出電壓三相是否平衡。

2.6 變頻器無輸出電壓

發生此類故障后，先檢測變頻器輸入端電壓是否正常，若無異常，說明變頻器損壞，通常是開關電源部分或整流模塊損壞導致。

3 變頻器故障常用的判斷方法

3.1 范圍縮小法

關于范圍縮小法，通過對故障的分析判斷、對參數的檢查測量，經過原因排除，將故障范圍逐步縮小，并在小范圍的某部位或元器件上找到故障原因的診斷方法。

例如，變頻器接通電源后，操作盤無數值。則應對其直流電源進行檢測，判斷直流供電是否正常，若測得電源電壓正常，則可排除主回路高壓電路故障，進而可以推斷出操作盤供電電源的其中一路出現故障。經檢測操作盤交流電壓正常，但直流輸出為零，未發現短路，則可以判斷該故障為電源電路整流管損壞。

3.2 逐步排除法

逐步排除法是根據故障現象分析故障原因可能所在的部位，并結合變頻器的電路走向，逐步進行排查，直至找到故障原因。

例如，變頻器發生輸出端三相電壓不平衡故障，對故障現象進行分析可以判斷出有兩種可能：一種是逆變橋內某一個或多個單元損壞；另一種是6組驅動信號中有一組或多組無驅動信號。假如驅動信號中某一組無信號，若想進一步查出故障的具體位置，可結合變頻器的電路原理，自上而下逐一排查，所以應先檢查驅動信號的上端，即CPU輸出端。

首先檢測CPU輸出端信號是否正常，若正常，然后依次檢測光耦輸入端、光耦輸出端、放大電路輸入端、放大電路輸出端信號是否正常，檢測結果無信號時，則可判斷為上一段線路或元器件存在故障。

3.3 直接判斷法

直接判斷法是通過分析故障現象，結合變頻器的工作原理和實踐經驗，找出最有可能的故障發生部位，根據更換部件后故障是否排除來快速找到故障點的方法。該方法的優點是故障處理用時短、故障診斷準確度高；但缺點是要求工作人員不但具備扎實的理論知識還要擁有豐富的實踐經驗，適用范圍較小，通常被用于一些常見的典型故障的排除。

例如，一臺變頻器型號為616PC5，啟動后，高壓指示燈亮起，低壓直流供電均顯示正常，但操作盤無顯示。找出變頻器開關電源部分電路原理圖，根據原理圖并結合實踐經驗初步判斷電源側出現短路故障，而造成短路的原因通常為濾波電容損壞，于是更換濾波電容器。再次接通變頻器電源，操作盤依然無顯示，經分析可能是整流二極管老化損壞所致，對整流二極管進行更換后，接通電源，操作盤供電恢復正常，變頻器故障得到排除[3]。

3.4 電位分析法

變頻器發生各種故障后，電路中各點的電位勢必會發生變化，利用這一點，可以通過測量電路中某些關鍵點上的電位來分析判斷變頻器是否出現故障、故障的部位、故障和類型等。相同，也可以通過電流測量法來分析判斷變頻器故障。

4 變頻器的維護與保養

本文以AB PF7000中壓變頻器為例，介紹主要維護內容。

4.1 外觀檢查

檢查前須斷開中壓及控制電源，檢查內容包括：

（1）檢查、記錄或標記短接線和撥碼開關設置；

（2）檢查輸入/輸出/旁路接觸器（斷路器）裝置（無輸出/旁路接觸器（斷路器））；

（3）檢查與接地電纜、動力電纜相關變頻器部件緊固情況；

（4）采用力矩扳手對松動的電纜進行緊固；

（5）母排檢查，觀察是否存在因過熱變色跡象；

表1 變頻器自檢項目列表

（6）采用力矩扳手對母排接頭或固定螺栓進行緊固；

（7）檢測母排、電纜是否有灰塵、絮狀物等污染，并徹底清理；

（8）檢查安全接地、信號接地是否完好，執行標準參照《變頻器信號和安全接地的指導原則與實踐》；

（9）清理所有組件積塵，并將有特殊要求的組件擦拭干凈，積塵清理應采用吸塵器，不能直接吹掃；

（10）對整流器、逆變器、接觸器、諧波濾波器、斷路器及冷卻風扇等中壓元器件進行外觀檢查，必要時并進行性能測試，若性能變差，及時更換；

（11）對散熱片與插塞配件的固定螺栓進行檢查，并進行螺栓扭矩測定；

（12）觀察散熱風扇轉動是否正常，有無卡阻，是否存在異響，并清理風扇扇葉積塵；

（13）進行絕緣測試，測試對象包括電機、變頻器、隔離變壓器及電纜接線，測試工具宜采用兆歐表；

（14）測量均壓電阻、緩沖電阻阻值及緩沖電容的電容值。

4.2 控制電源檢查

（1）接通中壓變頻器、真空接觸器的輸入和輸出端三相控制電源，對接觸器的密封及閉合動作進行檢查。

（2）驗證所有控制電源的電平是否正常。

（3）觀察變頻器控制板上電自檢指示燈運行情況，查看設備是否通過所有自檢項目。表1為自檢項目列表。

（4）對所有冷卻風扇運行情況進行檢查。

（5）對控制電源變壓器、DC/DC電源、AC/DC電源及隔離門極驅動電源板電壓進行檢測。

（6）對門極觸發脈沖進行驗證。

4.3 SCR觸發測試

變頻器正常運行時，SCR觸發卡電源由分壓器網絡中的DC最大值提供。SC R觸發測試需斷開中壓電源，因此需借助輔助電源來完成此測試：將PS2直流電源接入測試電纜，變頻器置于門極狀態。測試時，LED1－門極脈沖發出固件觸發頻率脈沖信號，黃色指示燈閃爍，SCR接收到選通信號后，每個LED隨即亮起[4]。

4.4 SGCT觸發測試

將變頻器置于門極測試，逆變器會自動進入門極測試模式。監視各個SGCT的LED燈，確保LED4（綠色）和LED3（綠色）仍舊亮起，而LED1（紅色）和LED2（黃色）按照變流器工作頻率交替亮起熄滅。

4.5 最后啟動前檢查

（1）送中壓電源前，檢查所有組件是否已全部恢復且處于正常模式，柜內無遺留工具和異物。

（2）為驗證直流母線正確連接、隔離變壓器相序無誤，需進行Idc直流電流測試。

（3）滿負荷試驗：連接中壓上電，驅動負荷，并將運行速度逐步升至全速，觀察并記錄波形變化。

（4）若系統配備有NVRAM（非易失型內存），將所有參數重新錄入。

（5）若對輸入隔離變壓器、主電機、主電纜進行調整變更，須重新自整定，對變頻器配置參數進行重新設置優化。

5 結 論

通過了解變頻器的常見故障，掌握和熟練運用變頻器故障的判斷方法，并明確變頻器的維護與保養方法，能夠快速解決工業生產實踐中變頻器出現的常見問題，進而保障正常生產。