變頻器常見故障及處理方法

1、變頻器常見故障及處理方法1  引言     IGBT變頻調(diào)速器，自研制開發(fā)投入市場以來，以其優(yōu)越的調(diào)速性能，可觀的節(jié)能量已為廣大的電機(jī)用戶所接受，正以每年大規(guī)模的銷售量走向社會，為電力、建材、石油、化工、煤礦等各行業(yè)的發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，其用戶群已遍布生產(chǎn)的各行各業(yè)，成為廣大用戶所喜愛的產(chǎn)品。這里筆者結(jié)合自己在長期的售后服務(wù)工作中經(jīng)歷的一些常見故障及處理方法，提出來與廣大的用戶及維修工作者進(jìn)行探討，以期把該產(chǎn)品使用得更好，更切實的為顧客服務(wù)。2  變頻器運(yùn)行中有故障代碼顯示的故障     在變

2、頻器的使用說明書中，有一欄具體闡述了變頻器有故障代碼顯示的故障，具體如表1所示。注:表1中Io、Vo分別是輸出額定電流、輸入額定電壓;Vin是輸入電壓?，F(xiàn)就這幾種情況作一下分析。表1   故障代碼顯示的故障2.1 短路保護(hù)     若變頻器運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)短路保護(hù)，停機(jī)后顯示“0”，說明是變頻器內(nèi)部或外部出現(xiàn)了短路因素。這有以下幾方面的原因:(1) 負(fù)載出現(xiàn)短路     這種情況下如果把負(fù)載甩開，即將變頻器與負(fù)載斷開，空開變頻器，變頻器應(yīng)工作正常。這時我們用兆歐表(或稱搖表)測量一下電機(jī)絕緣，電機(jī)繞

3、組將對地短路，或電機(jī)線及接線端子板絕緣變差，此時應(yīng)檢查電機(jī)及附屬設(shè)施。(2) 變頻器內(nèi)部問題     如果上述檢測后負(fù)載無問題，變頻器空開仍出現(xiàn)短路保護(hù)，這是變頻器內(nèi)部出現(xiàn)問題，應(yīng)予以排除。如圖1所示。圖1     變頻器主電路示意圖     在逆變橋的模塊當(dāng)中，若IGBT的某一個結(jié)擊穿，都會形成短路保護(hù)，嚴(yán)重的可使橋臂擊穿，甚至于送不上電，前面的斷路器將跳閘。這種情況一般只允許再送一次電，以免故障擴(kuò)大，造成更大的損失，應(yīng)聯(lián)系廠家進(jìn)行維修。(3) 變頻器內(nèi)部干擾或檢測電路有問

4、題     有些機(jī)子內(nèi)部干擾也易造成此類問題，此時變頻器并無太大的問題，只是不間斷的、無規(guī)律的出現(xiàn)短路保護(hù)，即所謂的誤保護(hù)，這就是干擾造成的。     變頻器的短路保護(hù)一般是從主回路的正負(fù)母線上分流取樣，用電流傳感器經(jīng)主控板的檢測傳至主控芯片進(jìn)行保護(hù)的，因此這些環(huán)節(jié)上任何一處出現(xiàn)問題，都可能造成故障停機(jī)。     對于干擾問題，現(xiàn)低壓大功率的及中高壓變頻器都加了光電隔離，但也有出現(xiàn)干擾的，主要是電流傳感器的控制線走線不合理，可將該線單獨(dú)走線，遠(yuǎn)離電源線、強(qiáng)電壓、大電流線及其他

5、電磁輻射較強(qiáng)的線，或采用屏蔽線，以增強(qiáng)抗干擾能力，避免出現(xiàn)誤保護(hù)。     對于檢測電路出現(xiàn)的問題，一般是電流傳感器、取樣電阻或檢測的門電路問題。電流傳感器應(yīng)用示波器檢測，其正常波形應(yīng)如圖2所示。圖2     電流傳感器波形圖     若波形不好或出現(xiàn)雜亂波形甚至于無波形，即說明電流傳感器有問題，可更換一只新的。對取樣電阻問題，有的機(jī)子使用時間長了，其阻值會變大，甚至于斷路，用萬用表可檢測出來，應(yīng)予以更換成原來的阻值的或少小一些的電阻。   &#

6、160; 對于檢測的門電路，應(yīng)檢查在靜態(tài)時的工作點，若狀態(tài)不對應(yīng)更換之。(4) 參數(shù)設(shè)置問題對于提升機(jī)類或其他(如拉絲機(jī)、潛油電泵等)重負(fù)荷負(fù)載，需要設(shè)置低頻補(bǔ)償。若低頻補(bǔ)償設(shè)置不合理，也容易出現(xiàn)短路保護(hù)。一般以低頻下能啟動負(fù)載為宜，且越小越好，若太高了，不但會引起短路保護(hù)，還會使啟動后整個運(yùn)行過程電流過大，引起相關(guān)的故障，如IGBT柵極燒斷，變頻器溫升高等。因此應(yīng)逐漸加補(bǔ)償，使負(fù)荷剛能正常啟動為最佳。如圖3所示，V1為啟動電壓，V0為額定輸出電壓。 圖3     啟動過程的電壓曲線(5) 在多單元并聯(lián)的變頻器中，若某一單元出現(xiàn)問題。勢必使其他單元承擔(dān)的

7、電流大，造成單元間的電流不平衡，而出現(xiàn)過流或短路保護(hù)。因此對于多單元并聯(lián)的變頻器，應(yīng)首先測其均流情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)查找原因，排除故障。各單元的均流系數(shù)應(yīng)不大于5%。2.2 過流保護(hù)     變頻器出現(xiàn)過流保護(hù)，代碼顯示“1”，一般是由于負(fù)載過大引起，即負(fù)載電流超過額定電流的1.5倍即故障停機(jī)而保護(hù)。這一般對變頻器危害不大，但長期的過負(fù)荷容易引起變頻器內(nèi)部溫升高，元器件老化或其他相應(yīng)的故障。圖4     傳感器的波形圖      這種保護(hù)也有因變頻器內(nèi)部故障引起的，若負(fù)

8、載正常，變頻器仍出現(xiàn)過流保護(hù)，一般是檢測電路所引起，類似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測電路等。該處傳感器波形如圖4所示，其包絡(luò)類似于正弦波，若波形不對或無波形，即為傳感器損壞，應(yīng)更換之。     過流保護(hù)用的檢測電路是模擬運(yùn)放電路，如圖5所示。圖5     過流檢測電路     在靜態(tài)下，測A點的工作電壓應(yīng)為2.4V，若電壓不對即為該電路有問題，應(yīng)查找原因予以排除。R4為取樣電阻，若有問題也應(yīng)更換之。過流保護(hù)的另一個原因就是缺相。當(dāng)變頻器輸入缺相時，勢必引起母

9、線電壓降低，負(fù)載電流加大，引起保護(hù)。而當(dāng)變頻器輸出端缺相時，勢必使電機(jī)的另外兩相電流加大而引起過流保護(hù)。所以對輸入及輸出都應(yīng)進(jìn)行檢查，排除故障。2.3 過、欠壓保護(hù)     變頻器出現(xiàn)過、欠壓保護(hù)，大多是由于電網(wǎng)的波動引起的，在變頻器的供電回路中，若存在大負(fù)荷電機(jī)的直接啟動或停車，引起電網(wǎng)瞬間的大范圍波動即會引起變頻器過、欠壓保護(hù)，而不能正常工作。這種情況一般不會持續(xù)太久，電網(wǎng)波動過后即可正常運(yùn)行。這種情況的改善只有增大供電變壓器容量，改善電網(wǎng)質(zhì)量才能避免。     當(dāng)電網(wǎng)工作正常時，即在允許波動范圍(380V&#

10、177;20%)內(nèi)時，若變頻器仍出現(xiàn)這種保護(hù)，這就是變頻器內(nèi)部的檢測電路出現(xiàn)故障了。一般過、欠壓保護(hù)的檢測電路如圖6所示。圖6     過、欠壓保護(hù)的檢測電路      當(dāng)W1調(diào)節(jié)不當(dāng)時，即會使過、欠壓保護(hù)范圍變窄，出現(xiàn)誤保護(hù)。此時可適當(dāng)調(diào)節(jié)電位器，一般在網(wǎng)電380V時，使變頻器面板顯示值(運(yùn)行中按住“”鍵與實際值相符即可。當(dāng)檢測回路損壞時，如圖中的整流橋、濾波電容或R1、W1及R2中任一器件出現(xiàn)問題，也會使該電路工作不正常而失控。如有的機(jī)子R1損壞造成開路，使該電路P點得不到電壓，芯片即認(rèn)為該處檢測不對

11、而出現(xiàn)欠壓保護(hù)。P點的工作點范圍為1.2.V，即對應(yīng)其電壓波動范圍。     對于提升機(jī)變頻器，因回饋電網(wǎng)污染，增加了隔離電路，如圖7所示。圖7     提升機(jī)變頻器過、欠壓保護(hù)的檢測電路     有時調(diào)節(jié)不當(dāng)也會出現(xiàn)誤保護(hù)，此時應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的波動仔細(xì)調(diào)節(jié)。因提升機(jī)負(fù)載在運(yùn)行中電網(wǎng)是波動的，在提升重物時，電壓下降(有的可降20V)，在下放時回饋電網(wǎng)電壓升高，可根據(jù)這種變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般是增大W3，減小W2，直至在穩(wěn)態(tài)下適合為止。2.4 溫升過高保護(hù)  

12、60;  變頻器的溫升過高保護(hù)(面板顯示“5”)，一般是由于變頻器工作環(huán)境溫度太高引起的，此時應(yīng)改善工作環(huán)境，增大周圍的空氣流動，使其在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)工作。     再一個原因就是變頻器本身散熱風(fēng)道通風(fēng)不暢造成的，有的工作環(huán)境惡劣，灰塵、粉塵太多，造成散熱風(fēng)道堵塞而使風(fēng)機(jī)抽不進(jìn)冷風(fēng)，因此用戶應(yīng)對變頻器內(nèi)部經(jīng)常進(jìn)行清理(一般每周一次)。也有的因風(fēng)機(jī)質(zhì)量差運(yùn)轉(zhuǎn)過程中損壞，此時應(yīng)更換風(fēng)機(jī)。     還有一種情況就是在大功率的變頻器(尤其是多單元或中高壓變頻器)中，因溫度傳感器走線太長，靠近主電路或電磁感應(yīng)較強(qiáng)

13、的地方，造成干擾，此時應(yīng)采取抗干擾措施。如采用繼電器隔離，或加濾波電容等。如圖8所示。圖8     溫升過高保護(hù)的抗干擾措施2.5 電磁干擾太強(qiáng)     這種情況變頻器停機(jī)后不顯示故障代碼，只有小數(shù)點亮。這是一種比較難處理的故障。包括停機(jī)后顯示錯誤，如亂顯示，或運(yùn)行中突然死機(jī)，頻率顯示正常而無輸出，都是因變頻器內(nèi)外電磁干擾太強(qiáng)造成的。     這種故障的排除除了外界因素，將變頻器遠(yuǎn)離強(qiáng)輻射的干擾源外，主要是應(yīng)增強(qiáng)其自身的抗干擾能力。特別對于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采

14、取對外界隔離的方式尤為重要。首先應(yīng)盡量使主控板與外界的接口采用隔離措施。我們在高中壓及低壓大功率變頻器及提升機(jī)變頻器中采用了光纖傳輸隔離，在外界取樣電路(包括短路保護(hù)、過流保護(hù)、溫升保護(hù)及過、欠壓保護(hù))中采用了光電隔離，在提升機(jī)與外界接口電路中采用了PLC隔離，這些措施都有效避免了外界的電磁干擾，在實踐應(yīng)用中都得到了較好的效果。再一點就是對變頻器的控制電路(主控板、分信號板及顯示板)中應(yīng)用的數(shù)字電路，如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)每個集成塊都應(yīng)加退耦電容，即如圖9所示。圖9     集成電路的退耦

15、電容     每個集成塊的電源腳對控制地都應(yīng)加10F/50V的電解電容并接103(0.01F)的瓷片電容，以減小電源走線的干擾。對于芯片，電源與控制地之間應(yīng)加電解電容10F /50V并接105(1F)的獨(dú)石電容，效果會更好些。筆者曾對一些干擾嚴(yán)重的機(jī)型進(jìn)行過以上處理，效果較好。對這類故障應(yīng)逐漸積累經(jīng)驗，不斷尋求解決途徑。有些機(jī)子使用時間太久，線路板上的濾波電容容量不夠造成濾波效果差，造成變頻器死機(jī)或失控，這種情況不太好處理，可更換一塊新線路板，一般可解決問題。3  變頻器的其他故障     除以上有變頻器

16、故障代碼顯示的故障外，變頻器還有一些非顯示的故障，現(xiàn)分析如下，供大家參考。3.1 主回路跳閘     這種故障表現(xiàn)為變頻器運(yùn)行過程中有大的響聲(俗稱“放炮”)，或開機(jī)時送不上電，變頻器控制用的斷路器或空氣開關(guān)跳閘。這種情況一般是由于主電路(包括整流模塊、電解電容或逆變橋)直接擊穿短路所致，在擊穿的瞬間強(qiáng)烈的大電流造成模塊炸裂而產(chǎn)生巨大響聲。關(guān)于模塊的損壞原因，是多方面的，不好一概而論?，F(xiàn)僅就筆者所遇到的幾類情況加以列舉。(1) 整流模塊的損壞大多是由于電網(wǎng)的污染造成的。因變頻器控制電路中使用可控整流器(如可控硅電焊機(jī)、機(jī)車充電瓶等都是可控整流器)，使電網(wǎng)

17、的波形不再是規(guī)則的正弦波，使整流模塊受電網(wǎng)的污染而損壞，這需要增強(qiáng)變頻器輸入端的電源吸收能力。在變頻器內(nèi)部一般也設(shè)計了該電路。但隨著電網(wǎng)污染程度的加深，該電路也應(yīng)不斷改進(jìn)，以增強(qiáng)吸收電網(wǎng)尖峰電壓的能力。(2) 電解電容及IGBT的損壞主要是由于不均壓造成的，這包括動態(tài)均壓及靜態(tài)均壓。在使用日久的變頻器中，由于某些電容的容量減少而導(dǎo)致整個電容組的不均壓，分擔(dān)電壓高的電容肯定要炸裂。IGBT的損壞主要是由于母線尖蜂電壓過高而緩沖電路吸收不力造成的。在IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷過程中，存在著極高的電流變化率，即di/dt，而加在IGBT上的電壓即為:U=L×di/dt其中L即為母線電感，當(dāng)母線設(shè)計

18、不合理，造成母線電感過高時，即會使模塊承擔(dān)的電壓過高而擊穿，擊穿的瞬間大電流造成模塊炸裂，所以減小母線電感是作好變頻器的關(guān)鍵。我們改進(jìn)電路采用的寬銅排結(jié)構(gòu)效果較好。國外采用的多層母線結(jié)構(gòu)值得借鑒。(3) 參數(shù)設(shè)置不合理。尤其在大慣量負(fù)載下，如離心風(fēng)機(jī)、離心攪拌機(jī)等，因變頻器頻率下降時間過短，造成停機(jī)過程電機(jī)發(fā)電而使母線電壓升高，超過模塊所能承受的界限而炸裂。這種情況應(yīng)盡量使下降時間放長，一般不低于300s，或在主電路中增加泄放回路，采用耗能電阻來釋放掉該能量。如圖10所示。圖10     耗能電阻接線圖     R

19、即為耗能電阻。在母線電壓過高時，使A管導(dǎo)通，使母線電壓下降，正常后關(guān)斷。使母線電壓趨于穩(wěn)定，保證主器件的安全。(4) 當(dāng)然模塊炸裂的原因還有很多。如主控芯片出現(xiàn)紊亂，信號干擾造成上下橋臂直通等都容易造成模塊炸裂，吸收電路不好也是其直接原因，應(yīng)分別情況區(qū)別對待，以期把變頻器作的更好。3.2 延時電阻燒壞     這主要是由于延時控制電路出問題造成的。(1) 在變頻器延時電路中，大多是用的晶閘管(可控硅)電路，當(dāng)其不導(dǎo)通或性能不良時，就可造成延時電阻燒壞。這主要是開機(jī)瞬間造成的。(2) 在變頻器運(yùn)行過程當(dāng)中，當(dāng)控制電路出現(xiàn)問題，有的是由于主電路模塊擊穿，造成

20、控制電路電壓下降，使延時可控硅控制電路工作異常，可控硅截止使延時電阻燒壞。也有的是控制變壓器供電回路出現(xiàn)問題，使主控板失去電壓瞬間造成晶閘管工作異常而使延時電阻燒壞。3.3 只有頻率而無輸出     這種故障一般是IGBT的驅(qū)動電路受開關(guān)電源控制的電路中，當(dāng)開關(guān)電源或其驅(qū)動的功率激勵電路出現(xiàn)故障時，即會出現(xiàn)這種問題。如圖11所示。圖11     開關(guān)電源及其驅(qū)動電路框圖     在變頻器中，開關(guān)電源一般是選3035V,     ±15V或±12V，功率激勵的輸出為一方波，其幅度為±35V，頻率在7kHz左右。檢測這幾個電壓值，用示波器測量功率激勵的輸出即可加以判別，如圖12所示。但更換這部分器件后，應(yīng)加以調(diào)整，使驅(qū)動板上的電壓符合規(guī)定值(+15V、-10V)為宜。圖12     功率激勵級的輸出波形3.4 送電后面板無顯示     這主要是提升機(jī)類變頻器常出現(xiàn)的故障，因此類變頻器主控板用的電源為開關(guān)電源，當(dāng)其損壞時即會使主控板不正常而無顯示。這種電源