變頻器故障診斷技術研究

張川 姚守龍

摘 要：隨著科學技術的迅速發展，大量先進的技術、設備、工藝不斷涌現，變頻器作為一種常用的電力控制設備，在工業自動化程度不斷提升的同時也得到了廣泛應用。具體運作過程中，變頻器會受到很多因素的制約，進而對其正常運行造成不利影響，甚至出現變頻器故障問題。因此，必須加大變頻器故障研究，針對故障問題作出科學、合理的診斷，消除故障對變頻器的影響，確保機械設備正常運轉。本文在全面了解變頻器相關概述的基礎上，分析了幾種故障診斷方法，并結合具體案例，對變頻器故障診斷技術要點進行了探討。

關鍵詞：變頻器;故障診斷;案例分析

DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.25.318

近年來，隨著工業自動化的迅速發展，變頻器在工業傳動領域得到了廣泛應用。然而，在大量實踐中發現，由于精密器件老化、異常工況、操作失誤等原因變頻器極易產生故障。一旦變頻器產生故障，不僅會造成嚴重的經濟損失，甚至會威脅到操作人員的生命安全，產生嚴重的不良影響。為此，必須重視變頻器故障問題，采取科學、合理的診斷技術，及時做好故障診斷工作，找出原因，解決問題，才能保證設備安全運行。

1 變頻器概述

目前，變頻器的應用范圍很廣，小到小型家電（冰箱、洗衣機、空調），大到壓縮機、礦場研磨機等，其作用主要是調節設備頻率、轉速。在變頻器尚未出現前，需通過直流電動機采用達到調整電動機轉速的效果。變頻器是應用變頻技術和微電子技術，通過改變電機工作電源頻率的方法進行交流電動機控制的一種電力控制設備。整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等是構成變頻器的主要組成部分。通過內部IGBT開斷方式，變頻器可進行輸出電源電壓、頻率的調整。并利用電機的具體情況，提供其所需的電源電壓，以此滿足調速、節能的目標。

2 變頻器常見故障類型

1）過電流故障診斷。過電流故障是變頻器最常見，且最復雜的一種故障形式。當發生過電流故障時，變頻器保護會立即動作并停機，同時有故障代碼或故障類型顯示出現。很多時候，可根據顯示的故障代碼等快速找到故障原因，或進行故障排除。但很多情況下，故障產生的原因并不是單一的，是多方面的，例如過電流、短路、過熱、接地等等，這些因素都可能引起變頻器故障。所以在故障診斷中，必須清晰了解過電流故障到底是出現在于哪一個環節。在具體診斷過程中，可以按照以下順序進行診斷。第一步：觀察變頻器中輸出回路電機，查看是否在接地與相間短路問題。同時，查看是否存在負載情況，觀察電網電壓及加速與減速時間合理性，觀察轉矩提升及V/F曲線合理性，觀察是否在旋轉中直接啟動電機;第二步：加速時，觀察突然加載情況是否存在，主要查看PG碼盤是否存在故障、或碼盤斷線情況，并查看電流傳感器及控制板情況，了解變頻器選型是否合理。第三步：減速時，查看發電能量回饋情況是否存在等。2）電壓故障診斷。變頻器過電壓是指變頻器運作過程中，直流母線電壓在規范規定以上，將會對變頻器部分元器件的工作安全造成不利影響。一般來講，產生此類故障的原因包括3點，即第一，電動機發電現象，導致變頻器直流母線電壓迅速上升;第二，輸入電壓增加，導致直流母線電壓增高;第三，諧波的干擾作用。目前，在此類變電器故障診斷中，需要檢查電源電壓、直流母線電壓、加減速過程情況、外力拖行電機運行情況、旋轉電機啟動情況。此外，針對欠壓故障診斷，要詳細檢查整流橋、短接充電電阻接觸器、檢測板及電源板等部件。

3 變頻器故障診斷技術應用要點

1）變頻器一類故障診斷。變頻器故障當中一類故障也被稱為無損故障，利用故障診斷并處治之后，基本上不會損壞變頻器，此類故障常見類型包括輸入缺相、直流母線過壓欠壓等。因此，診斷時可采用硬件電路法。比如輸入缺相故障診斷，利用硬件電路進行診斷時，通過電阻分壓后，可將三項交流電壓整流之后，獲取一個相對較小的電壓值，通過對此電壓值的檢測，可對變頻器是否存在輸入缺相故障進行準確判定?；蛘?，也可以利用軟件診斷法進行測定。2）變頻器二類故障診斷。于變頻器而言，二類故障如速度傳感器發生故障，或逆變器開關器件開路發生故障等，此類故障將會損壞變頻器，因此在故障診斷后，設備雖可繼續運行，但仍會受到一定損傷。其中傳感器故障診斷可采用硬件診斷法、軟件診斷法、矢量控制診斷法等。在變頻器傳感器故障診斷中，采用矢量控制診斷法時，系統穩定性與精度極易被負載測量電壓的諧波所干擾，進而對各類傳感器反饋幅度的精確度造成不利影響，甚至會導致診斷誤差過大。因此，為達到最佳診斷效果，可通過分析開關管的狀態和母線電壓來恢復電動機的相電壓，并保證電路輸出信號達到設定極限值，從而判斷是否存在故障。即通過電路電流、三相輸出進行電流傳感器故障判斷。在變頻器ICBT開路故障診斷中，采用軟件診斷法效果更好，且便于操作。主要以三相電流平均值法為主，這是一種在計算機電機電流平均值診斷法基礎上發展而來的一種診斷方法。可通過三相電流平均值法進行IGBT開路故障診斷，由于系統存在噪聲，因此需設置一個合理的闕值，才能保證診斷效果良好。闕值取值大小與故障診斷靈敏度息息相關，一旦闕值太大，則會加大故障診斷難度;若闕值太小，則診斷方法靈敏度下降，因此，必須根據實際情況，合理取值。3）變頻器三類故障診斷。針對上述兩種故障，變頻器三類故障危害最大，不僅會損壞變頻器，還難以控制。例如整流橋燒毀、母線電容損壞等，如果診斷出此類問題，對變頻器造成嚴重損害，且不易修復等情況下，可更換新元器件。診斷此類故障時，需先將電源切斷，測試電阻特性參數，查找故障原因及位置，并及時更換新元器件。

4 案例分析

1）故障現象。某設備送電過程中發現，變頻器出現焦糊味情況，為避免發生更大故障，馬上采取停電措施，對設備充分放電，隨后拆解查找故障原因。

2）原因分析及故障處理。為準確找出變頻器故障原因，電氣技術人員和故障診斷人員共同拆解了變頻器，對主板、連接線進行檢查時發現，充電電阻存在燒傷痕跡，并對其他元器件進行了檢查，無異常情況。隨后采取了充電電阻更換的方法，通過重新通電之后，無異常。為保證設備運行正常，在安裝之后，需做試機處理，試機過程中再次出現變頻器頂部焦糊味散出問題，馬上停電。再次進行變頻器拆解檢查，發現再次燒壞充電電阻。根據以往經驗，一般產生充電電阻燒壞的原因為通電后，變頻器直流電容充電完成，觸發和充電電阻并接的接觸器，導致后續電流通過接觸器觸電，從而完成整個回路供電。通過原因查找，可認為本次故障原因在于接觸器觸發回路存在問題。

應更換型號相同的主板，當再一次進行帶載試機時，變頻器的電流、轉速與另一臺存有一定差異，并不匹配，因此，可認為變頻器參數調整存在一定問題。這種情況下，需調整功率參數，根據規定要求，準確標定功率參數。參數調整后，再次帶載試機，未出現變頻器故障，正常。

5 結束語

綜上所述，維護人員及時發現設備存在的異常狀況，技術人員測試、分析和診斷，及時發現設備故障原因、部位和程度，對設備的工作狀態進行評價，實現設備的預知檢維修，減少設備的非正常運行。通過設備故障分析、查找故障根源，采取相應措施從根本上解決了設備故障問題，提高了設備的運行可靠性。

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