變頻器調速控制及故障處理分析

鄢偉

摘 要：在現階段石油化工的生產加工中，由于工藝方面的需求，經常需要電機可以在不同的速度下運行，而現階段研發的變頻調速系統，就可以對電機實現速度方面的調節。變頻調速工作是一種十分重要的控制環節，以此本文就基于變頻器的調速控制，以及出現的一些常見故障，進行處理信息的分析。

關鍵詞：變頻器;無極調速;控制頻率;電動機

引言：電動機交流異步電動機，在進行變頻調速的過程中，主要是讓變頻器可以有效的利用電力半導體器件，進行通斷之后，就可以讓電壓、頻率固定下去，以此讓其成為頻率、電壓都可以實現調整的交流電源。現階段所使用的變頻器，就是一種十分重要的元器件，出現故障會對整個系統造成較大的影響。

1 變頻器以及控制方式

1.1 變頻器

變頻器是一種整流、濾波以及在此整流等諸多的味道處理單元構成的機械裝置，其中使用的IGBT成為了重要的組成部分，幫助電動機進行變頻操作。

1.2 變頻器控制方式

在低壓通用變頻輸出的電壓為380-650V，而輸出功率則在0.75-400kW，同時工作頻率控制在了 0-400Hz的標準，在其控制的過程中，就可以給五種不同的方式進行處理。

1.2.1 正弦脈寬調制控制模式

在這種控制技術下，其內部的電路機構較為簡潔，同時成本方面也相對比較低，并具備著較高的機械硬度。在通常情況下，滿足一般性的傳動平滑調速要求，同時已經在諸多的產業當中得到了應用。但是，對于這種控制方式而言，在進行的控制過程中，往往會在低頻的過程中，由于輸出電壓方面較低，就會導致轉矩hi受到電子電阻方面的影響，使得輸出的最大轉矩出現降低的問題。

1.2.2 電壓空間矢量控制模式

這種技術的使用中，是一種基于三相波形的方式，對其產生整體的效果，以此逐漸接近理想的電機氣隙狀態，這樣就可以對其軌跡依次產生三相調制波形，進而實現對其形狀的控制。在這種技術的實踐過程中，已經經過了一定的調整與優化，使得引入了頻率補償機制，可以消除控制區出現的一定誤差。而在反饋估算的過程中，確定出磁鏈幅值，以此避免低速的狀態中，對定子電阻所造成的嚴重影響。

1.2.3 矢量控制模式

在這樣的技術使用中，就是一種異步電動機，可以在三相電動機的運行過程中，形成定子電流，并通過三相-二相變換，以及等效電流的方式，對其實現良好的計算分析[1]。這樣的控制模式當中，主要是仿照直流電動機的運行方式，對直流電動機，進行控制量的估算，并之后利用坐標反變換的方式，實現對異步電動機的實際控制。同時，在介質的處理中，就是一種讓其交流電動機，能夠利用坐標的反變換，對其實現準確的控制。

1.2.4 直接轉矩控制模式

對于這種技術而言，在控制的過程中，有效的解決傳統控制技術在使用的過程中，所存在著的矢量不足，并利用先進的控制思想，保障其控制的過程中，實現動靜態相互補的技術方式。對于這種技術而言，是一種在確定的定子坐標系當中，所構建出數學模型，實現良好的針對性的控制預防分析。同時，在分析的過程中，也并不需要將交流電動機，當做直流電動機，因此就避免了在分析中所需要經歷的諸多復雜計算流程。其次，這樣的控制模式，也并不需要對直流電動機的控制方式進行模仿[2]。

1.2.5 矩陣式交一交控制模式

這種控制模式就是一種綜合性的控制模式，但是其控制方式的缺陷也較為的明顯，就是在實際的控制過程中，往往會存在著較大的諧波電流，因此就要保障直流電路當中，有著較大的儲能電容，另外，其再生能量，也無法反饋到電網當中。在當下這種控制模式的使用中，其優勢在于大大降低了處理的成本投入，并不需要使用體積大、價格貴的電解電容。同時提升系統化的功率密度值。

2 常見故障處理

2.1主回路跳閘

2.1.1 整流模塊損壞與處理

現階段對于出現的整流模塊，在出現故障問題的時候，一定程度上是由于器件自身的質量并不高，同時后級電路出現損害，而在逆變功率開關的使用中，也相應的會在整流橋出現一定的損壞問題。在長期的運行中，很多電網電壓較高，特別是在經歷雷擊與電壓浪涌的影響下，就會出現整流模塊的損壞問題。

當下為了充分的保障整流模塊可以合理的使用，就需要在配電變壓器的變頻器使用中，往往需要保障總負載容量不會太大，一般情況下都需要控制在配電變壓器容量的十分之一以下標準。而在變頻器的配置過程中，也需要使用質量較高的直流電抗器，以此確定使用的輸入側交流電抗器有著較高的適用性，盡可能的提升電抗器的電感數值。而在直流電抗器的電感量較高的情況下，就會使得電流連續性較高，因此對于功率因素的改善起到了良好的效果。

2.1.2 IGBT故障與處理

出現這樣的故障問題，主要都是由于在長期的使用過程中，由于一些特定電容的容量出現降低，以此導致在電容組位置，出現一些不均壓，并且在其分擔電壓出現較高程度之后，容易出現不同程度的炸裂問題。當前所出現的各種IGBT故障，都是由于在實際的系統運行中，其母線尖峰電壓過高，同時緩沖電路當中無法發揮出吸收的效果，這樣就會使得出現故障問題[3]。其次，在整個導通與關斷的過程中，所出現的較高程度電流變化率，都是由于在母線設計過程中出現的不合理問題導致的。因此，就會使得母線的電感過高，進而造成了模塊的炸裂問題。其次，在IGBT前級光電隔離器件的使用中，一旦出現擊穿的問題，就會直接導致功率器也造成了相應的擊穿問題，或者在印制板位置，使得有關設備受到灰塵等方面的外界因素影響，而出現故障。因此在進行處理的過程中，就需要針對這樣的器件，進行針對性的處理，保證故障可被有效解決。以井隊VARCO頂驅所使用的ABB ACS800變頻器為例，中東沙漠地帶風沙大，設備長期存放后，變頻器內部會沉積沙塵，再次使用時，很有可能造成IGBT損壞，因此現場工作時要注意做好防塵工作。

2.2 過電流存在著的故障問題

現階段出現過電流故障，主要就是在其運行的過程中，所出現的一些短路、接地、過負載以及負載突變問題。其次，在運行中的加減速時間設定的故障，也是導致變頻器內部故障的主要因素之一。

以井隊VARCO頂驅所使用的ABB ACS800變頻器為例，當頂驅卡死后，不合理的突然釋放扭矩，頂驅變頻電機會產生發電機效應，產生高電壓，直接沖擊直流母線，造成故障。

因此，對于這種類型的故障問題，在進行處理中，往往需要首先區分出是否是分跳閘，同時也相應的從負載的原因出發，對其變頻器的原因有效的分析。在具體的操作過程中，首先需要從外觀角度，對其故障問題進行判斷。之后將連接到變頻器當中的電纜全部拆下，同時試驗變頻器與電動機之間的性能。一旦變頻器依然有著信號，就需要進行斷開處理，以此利用手動的方式，明確出變頻器的運行情況。另一方面，在使用試驗控制信號，或者對其電位器可以接收到的外部信號控制端子的分析中，就可以對變頻器的外部信號進行直接的分析。在正常的情況下，就可以表示變頻器的性能沒有出現問題。因此，接下來就可以針對外部信號，以及電動機進行性能檢測。最后，在試驗都正常的情況下，往往就需要使用工頻帶能源啟動電動機，進行針對性的實驗分析，進而保障全部都正常的情況下，可以對其異常問題進行進一步的分析。

在進行故障處理的過程中，也需要對變頻器的歷史故障記錄進行查詢，以此可以了解到變頻器的額定電流，或者在出現電子熱繼電器的設定值，以此判斷出是否存在電動機過載的問題，或者出現了負載突變的問題。當電動機堵轉，或者在電動機突然負載的時候，既可以得到準確的判斷與分析

總結：綜上所述，在當下的變頻器處理過程中，由于對整個系統都起到了較為重要的作用，以此就需要在日常的變頻器處理中，可以針對性的進行調節，以此保障出現的故障問題可以得到及時的處理與解決，避免對整個系統都造成較為嚴重的影響。

參考文獻：

[1]王惠臣.小保當一號煤礦主斜井帶式輸送機智能調速電控系統設計[J].煤炭工程，2021，53（06）：17-22.

[2]趙媛媛.基于西門子1200 PLC和G120變頻器的回焊爐調速控制[J].農機使用與維修，2021（05）：35-36.