電氣基礎知識-變頻器

包鋼稀土鋼板材公司

電氣基礎知識培訓變頻器1.1主電路的作用主電路是包括電源輸入端子RST、輸出端子UVW和制動、直流電抗器端子的內電路。其作用為：將輸入端三相交流電變成直流電，再逆變成交流電的功率處理電路。該電路在應用中，是故障率較高的部分電路。1.1主電路工作原理1.1.1主電路結構該電路是現(xiàn)在通用的低壓變頻器主電路圖。不管什么品牌的變頻器，其主電路結構基本如此。因為：整流電路和逆變電路是兩個標準模塊，沒有變化的空間。1.1.2整流濾波電路1.整流VD1—VD6整流二極管，完成將交流電整成直流電的工作。整流原理： 1）整流波形在整流過程中，電流總是從電壓最高的相流到電壓最低的相。2）整流電路減小電流諧波的措施在輸入電路加入交流和直流電抗器，利用電感的儲能作用，可使輸入電流變得較為平滑，減少諧波，電抗器是變頻器的重要外選件。2.濾波1）濾波電容C1、C2；均壓電阻：R1、R2濾波作用：將整流后的直流電濾平。通過濾波電容，可以使直流電的平均值上升。最高可以達到波峰值。2）充電限流電阻：RL作用：限制接通瞬間的充電電流，保護整流二極管。當電容上充電電壓上升到一定值后，繼電器SL閉合，電路進入正常工作狀態(tài)。3.直流母線直流母線就是整流后得到的正負電壓的兩條電源線，正電的一端叫正母線，負電的一端叫負母線。該母線有相應的外接端子，連接制動電路，在故障測量時有著重要的作用。1.1.3制動電路圖中RB電阻和VTB是制動選件（外購），當電動機產生回饋電能，使UPN電壓達到700V以上，VTB受控導通（由單片機控制），電動機產生的回饋電流流過制動電阻，將機械能轉換成的電能通過RB電阻消耗，電動機得到制動力矩而停止。1.制動電路的必要性電動機在消耗電能時為電動，當負載拖著電動機轉動或因為電動機自身慣性轉動時，當電動機的轉速高于了變頻器的輸出頻率，電動機變?yōu)榘l(fā)電機，向變頻器回饋電能。1）減速制動為了使電動機盡快停止，變頻器采用降速停機的方法。在降速過程中，電動機的轉速高于了變頻器的輸出頻率，電動機變?yōu)榘l(fā)電機，將機械能變?yōu)殡娔?，這個電能由制動電阻所消耗，使電動機得到制動力矩而停止轉動。2）起重、升降設備制動當負載重物下降時，拉著電動機轉動，電動機將重物的動能轉化為電能回饋給變頻器。沒有回饋電能的場合，不用安裝制動電阻。3）風機風機因為沒有制動電阻，要設置較長的頻率下降時間，以防產生回饋電能。1.1.4逆變電路VT1~VT6六只IGBT開關管相當于6只開關，閉合導通，打開截止。開關規(guī)律：上下兩只開關管為一相，當該相電流流出時，上橋臂管子導通，流進時，下橋臂管子導通，兩管絕對不能同時導通，同時導通會造成管子損壞。1.逆變電路器件作用1）6個IGBT開關管相當于6只開關，按照PWM波的導通要求，開通或關閉。2）6只二極管起續(xù)流作用，因為變頻器的負載是電動機，為感性負載，感性負載的電流和電壓不同相位，會使IGBT產生反向電壓，當產生反向電壓時由續(xù)流二極管續(xù)流。1.2整流電路的維修1.2.1維修目的1.維修原因：變頻器出現(xiàn)了缺相、欠電壓報警跳閘，變頻器不能正常工作。2.故障原因：外電壓缺相、整流管缺相、電容濾波不良、限流電阻RL損壞、繼電器SL接觸不良（損壞）等。3.維修方法：首先進行R、S、T電壓、直流母線電壓測量，用以鑒別問題是出在外電路還是變頻器。4.測量順序：先測量RST三相電壓（測接線樁），如正常（三相都為380V，不缺相、不欠壓），再測量直流母線電壓（測接線樁），分負載測量和空載測量。5.問題初步判斷：1）如直流母線電壓空載和負載時都在500V左右，整流濾波電路都沒問題，問題出在檢測電路（誤報）。2）如空載正常，負載時電壓明顯下降（低于450V），整流電路或其他問題。3）如空載電壓較低，負載電動機不轉，電壓下降到十幾伏，接觸器壞。4）直流母線無電壓，限流電阻斷。1.2.2具體損壞器件的外線測量在整流電路中，具體器件就是整流橋、濾波電容、制動組件（有時沒有）、限流電阻和接觸器。用測量直流電阻的方法可有效的確定上述器件的質量問題。1.測量表具：指針萬用表的×100或×10Ω擋，數字萬用表的測晶體管擋。2.用指針萬用表測量（1）確定整流管的好壞注意：指針萬用表電阻擋的紅表筆接內部電池的“—”極；黑表筆接內部電池的“＋”極，在測量有極性器件時要注意。①黑表筆接R、S、T，紅表筆接P，測量上橋臂。表針擺動到刻度的3/5，正常，不擺動，斷路；擺動到0Ω，管子短路（該現(xiàn)象很少見，因短路電流很大，管子必然燒斷）。由此可確定出VD1~VD3哪個管子損壞。限流電阻的正常值在500Ω以下，變頻器的功率越大，阻值越小2）測量限流電阻的好壞當繼電器SL損壞，較長時間不能閉合，會造成直流母線電壓低，變頻器報欠壓；限流電阻損壞；制動電阻的制動選件短路損壞，造成啟動時制動電阻并聯(lián)在直流母線上，將限流電阻燒壞。限流電阻根據變頻器型號不同，有的安裝在上母線，有的安裝在下母線。3）濾波電容的測量4）確定接觸器的好壞接觸器的工作原理是線圈通電，觸點吸合。如果線圈的驅動電源損壞，會造成觸點不閉合。判斷方法：①開機時能否聽到接觸器閉合的聲音；如果聽不到閉合的聲音，可能接觸器驅動電源壞。②變頻器報欠壓，起機時頻率上升到1～3Hz時就不再上升，電動機沒有輸出電流，用電壓表測量直流母線電壓很低（十幾伏～幾十伏）?？膳袛酁榻佑|器不吸合。1.3逆變電路的維修1.3.1維修目的1.維修原因：變頻器輸出出現(xiàn)了缺相、過流、電動機異常報警跳閘，變頻器不能正常工作等。2.故障原因：電動機有問題，造成過流；變頻器逆變電路有問題，造成缺相、輸出電壓不平衡等。3.故障初步確認：首先進行U、V、W電壓測量，根據測量數據，進行正確判斷。1）變頻器輸出三相電壓平衡，變頻器沒問題。2）缺相，變頻器一個橋臂的開關管損壞。哪一相缺相，對應的那一路上下橋臂開關管損壞。3）如輸出電壓不平衡，去掉電動機，仍不平衡，變頻器不平衡相的橋臂開關管性能不良或有一只開關管已經損壞。4.測量6只逆變開關管的好壞將變頻器輸出頻率調到3Hz左右，萬用表打到×500V直流擋，：分別測量：P-U、P-V、P-W及U-N、V-N、W-N之間的直流電壓。管子正常時，測出的電壓應為1/2UPN，如果哪路電壓偏高，則那路IGBT開路或開關不良。3.測量上橋臂在電路中，IGBT短路的可能性很小，因為一旦短路，強大的電流會很快將其燒斷。所以IGBT在電路中損壞是以開路居多。因為IGBT開路對測量6個續(xù)流二極管沒有影響，所以可以用測量整流管的方法測量6個續(xù)流二極管。測量上橋臂：黑筆接UVW接線樁，紅筆接P點接線樁，表針擺動到刻度的3/5，正常，不擺動，斷路。4.測量下橋臂紅表筆接UVW接線樁，黑表筆接N點接線樁。表針擺動到刻度的3/5，正常，不擺動，斷路；擺動到0Ω，管子短路（該現(xiàn)象很少見，因短路電流很大，管子必然燒斷）5.結果分析上、下橋臂只要續(xù)流管開路，開關管也壞；續(xù)流管不壞，開關管有的也壞。三、控制電路的測量維修2.1.1變頻器結構框圖任何品牌的變頻器，其內部功能框圖是一樣的，因為變頻器要保證正常工作，必須要有相應的功能。變頻器主要包括：主電路、電流保護電路、電壓保護電路、驅動電路、穩(wěn)壓電源、控制端子、接口電路、操作面板、CPU等。2.2.2功能電路分析

1.輸入端子和隔離電路

1）電路功能變頻器有一系列的輸入端子，這些輸入端子和CPU是通過隔離電路聯(lián)系的。輸入端隔離電路出了問題，影響端子的正常輸入，因為每個輸入端子獨立連接一只光電耦合器，哪一只光電耦合器出了問題，那一路輸入端子不能正常工作。測量維修測量原因：某端子原來工作正常，現(xiàn)在閉合無效。測量方法：①用電壓表的50V擋測量該端子到地的直流電壓；用直流50mA電流擋測量該端子到地的直流電流，將測量值記錄。②再用同樣方法測量好的端子，進行比較。西門子變頻器外端子排列：測量9到5、67、8、16、17之間的電壓應為24V.測量28到5、67、8、16、17之間的電壓應為0V.①故障端子的電流和電壓比好的端子大，發(fā)光二極管短路；故障端子的電流和電壓比好的端子小，發(fā)光二極管開路。②如果故障端子的電流和電壓為零，整個電路開路，或24V電源壞；如果所有輸入端子的電壓和電流都為零（此時變頻器所有輸入端子都無效），24V總電源壞。輸入端子一般都是多功能的，如果確定為某一端子損壞，可以另一個端子替代，不必維修。3.DC/DC電源這是變頻器除了主電路之外所有電路的供電電源。它出了故障，整個變頻器停止工作。因為該電源的輸出端是分組輸出，哪一組出了問題，影響那一組所對應的電路。1)電路結構圖中L1為一次電路，L2、L3、L4、L5為二次電路，工作時一次電路導通，二次電路截止，一次電路截止時，二次電路導通。二次電路的輸出電壓由開關管的脈沖寬度調節(jié)。電路分析①開關原理開關管導通時，L1充電，充電電流線性上升；開關管截止時，磁場通過次級繞組放電，放電電流通過二極管整流、電容濾波得到平滑的輸出電壓。②穩(wěn)壓原理取樣電路為光電耦合器（高低壓隔離），光電管上接＋5V，下接基準電路，當＋5V上升時，流過光電管的電流增大，脈寬調制電路2腳的電壓上升，輸出的脈寬變窄，輸出電壓下降；反之，輸出電壓上升。通過電壓負反饋，將輸出電壓穩(wěn)定在設定值。4.過壓/欠壓保護電路1）電路功能該電路檢測的是直流母線電壓。①啟動時母線電壓接近正常值，啟動接觸器閉合，短路限流電阻。②當電壓達到了過壓值，先開啟制動電阻，如沒有制動電阻，報警；電壓再升高，跳閘。③電壓低于了設定值，報欠壓，再低，跳閘。2）取樣電路取樣電路有兩種形式：①將直流母線515V通過分壓電阻，取出檢測電壓，由運算放大器放大。②在電源變壓器上增加一個二次繞組，繞組的同名端和其他繞組相反，取出和母線電壓成比例的二次電壓，作為取樣信號。放大電路在變頻器中，模擬信號的放大都是采用的運算放大器。運算放大器通過不同的連接，可組成放大器、比較器、積分器、微分器等。3）過壓原因①制動電路損壞，制動電阻始終有制動電流流過

a.開關管損壞開路b.控制電路不發(fā)驅動信號

②

減速時間過短，又未安裝制動電路③電源端輸入了高電壓

4）電路損壞誤報由保護電路故障所致，絕大多數情況是取樣器件或取樣電路變值或損壞。

①取樣電阻阻值發(fā)生變化，檢測比例變化，誤報；

②運算放大器及外圍電路故障，保護功能消失。

5.過流保護電路是保護逆變橋過流、過載等的保護電路。它由檢測、放大、模/數轉換等電路組成。電路的功能為：①限流；②過流報警、跳閘；③過載報警、跳閘。該電路出了故障，一是誤報；二是失去保護功能，造成逆變橋的損壞1）電路取樣電路分為：①分流電阻②霍爾器件③檢測IGBT飽和電壓檢測電路圖2）故障維修當變頻器工作在正常狀態(tài)變頻器發(fā)出保護動作，或過載過流時變頻器不保護，則為保護電路出現(xiàn)了故障。①測量當變頻器報過載（過流），查看過載電流顯示值，如果小于變頻器的容量值，可修改設定；如果顯示值已達到容量值，可負載又沒有過流跡象，可測量變頻器的實際輸出電流，如果測量值比顯示值小，則可能為變頻器誤報。測量電流必須用動鐵式電流表，串聯(lián)在電路中，一般不好操作。6.驅動電路該電路是將CPU輸出的PWM信號進行放大，驅動IGBT開關工作。該電路和主電路緊密相連，是很重要，又容易出故障的一部分電路1）驅動電路隔離放大、驅動放大電路、驅動電路電源①光耦隔離電路圖中IC為PWM輸出和驅動電路的隔離電路。當驅動電路損壞不至于將故障擴大到PWM發(fā)生電路。②V1為第一級放大；V2、V3為輸出跟隨器，提高輸出能力。③圖中穩(wěn)壓管DZ使電源電壓穩(wěn)定在20V。注：隔離電路中的光電耦合器容易損壞。2）驅動電路和電源的連接電路作用：為驅動電路提供直流電源。該電路由一只5V穩(wěn)壓管取得5V電源，加在IGBT開關管的發(fā)射極上，使驅動信號在零時，保證IGBT控制極為5V的負電壓，使管子可靠的截止。該電源需要4組，三個帶浮地，一個直接接地。該電源由變頻器的DC/DC直流電源提供。3）驅動電路故障判斷驅動電路損壞率比較高的是光電耦合器，光電耦合器損壞，開關管沒有驅動信號，沒有輸出，變頻器輸出電壓不平衡；放大電路壞，可能造成開關管長通，使上下橋臂同時擊穿，造成缺相?？傊?，開關電路壞一是造成開關電路不工作（缺相），二是造成開關管損壞。4）實際電路7.開路集電極輸出端子該端子由隔離電路（與CPU隔離）。因為使用的原因損壞率較高。一般屬于開路晶體管過流所致。判斷較容易，因為其他幾路如果是好的，只此一路有問題，可斷定該只管子有問題；如果各只管子都有問題，則可能問題出在單片機。8.輸出接點端子該端子是通過繼電器的觸點閉合或斷開發(fā)信號，損壞原因多為觸點燒聯(lián)或接觸不良。用萬用表的電阻擋測量：①不該導通導通，燒聯(lián)；②該導通不通，接觸不良。三、變頻器過流過壓故障的維修3.1.1變頻器過流分類過流原因分析變頻器出現(xiàn)過流故障，顯示“OC”過流報警，是因為變頻器中電流的峰值超過了過流檢測值（達到額定電流的200%以上）。

變頻器不管在什么工作狀態(tài)下過流（啟動、恒速運行、減速制動），都是因為負載重（包括負載短路）。由于逆變器件的過流能力較差，所以變頻器的過流保護是至關重要的一環(huán)。3.1.2變頻器啟動過流跳閘1.負載慣性大引起過流跳閘

因為負載的慣性較大，變頻器的加速時間設置的較短，電動機的轉速跟不上變頻器的輸出頻率，造成△n增大過流跳閘。1）啟動現(xiàn)象該種跳閘的現(xiàn)象是電動機的轉子開始可以轉動，但隨后就過流跳閘。2）解決方法增加變頻器的加速時間，也可以設為轉矩自動功能。2.負載重引起過流跳閘1）啟動現(xiàn)象在啟動時，當變頻器的輸出頻率上升到電動機的轉速差△n時，電動機轉子有額定轉矩TN，如此時電動機的負載轉矩大，電動機不能轉動，則

Δn↑→TN↑→IN↑→IN≥IM（過流設定置)跳閘。負載慣性大和負載重引起啟動過流有一個輸出頻率從0上升到Δn的過程，這是啟動過流和其他過流的區(qū)別（負載重過流電動機不轉，這是負載重和慣性大的區(qū)別）。2）排除方法負載的靜摩擦力大，起動力矩大過流，進行轉矩提升。3）頻率上升到一定值過流跳閘①變頻器啟動后負載重跳閘因為負載偏心和有降速裝置，當負載轉到偏心造成的附加轉矩最大時，變頻器的輸出頻率上升到一定值，變頻器過流跳閘。設置低頻轉矩補償，提高啟動轉矩。②電動機匝間短路跳閘當變頻器頻率上升到十幾Hz時，變頻器過流跳閘，如電動機不是啟動過流，可能就是電動機匝間局部短路。說明：如果變頻器啟動過流跳閘，可以選用矢量變頻器，因為矢量變頻器有更強的過載能力（在啟動時就有200%的輸出轉矩）。3.1.3正常工作中負載引起過流跳閘1.故障原因1）負載不穩(wěn)定負載忽大忽小，即沖擊性負載。當負載大于了變頻器的容限過載電流，變頻器過流跳閘。（該跳閘屬于正常跳閘）2）變頻器的過載保護電流設置的較小變頻器的過流值設置的較小，造成變頻器過流跳閘。3.故障排除：

1）當變頻器跳閘達到了容限電流，電動機的轉速又較低時，可以考慮增加一級減速器，利用提高轉速的方法減小電動機電流；如果沒法增加減速器，就要考慮更換高一級功率檔次的變頻器。

2）如果是變頻器的設定過載電流小于變頻器的容限電流，可重新設置過載電流。3.1.3.外電路短路造成過流跳閘電動機繞組短路、接線短路、接線端子短路等引起的過流，是最危險的一種過流。該過流不存在Δn的上升時間，過流的特征是：變頻器運行就跳閘，不能工作。1.過流物理現(xiàn)象分析因為電路已經短路，不存在電動機的頻率上升時間，運行就過流。短路過流時電流的陡度大，燒壞開關管。3.1.4內部電路損壞過流跳閘特征為：一上電就跳閘，一般不能復位。主要原因是模塊壞、驅動電路壞、電流檢測電路壞。該故障屬于變頻器內部故障?？偨Y：變頻器過流的4種現(xiàn)象1.頻率上升到1Hz以上跳閘，啟動過載。2.頻率上升到5Hz以上跳閘，啟動過載或電動機繞組短路。3.運行中不規(guī)則跳閘，沖擊負載。4.上電運行就跳閘，輸出短路，千萬不能再試。3.2故障案例案例1：啟動過流某廠兩臺料漿泵配用90kW電機，額定電流為164A。選用富土FRN90P9S一4CE變頻器，額定電流176A。在系統(tǒng)啟動過程中頻率約在12Hz時電動機堵轉，隨后變頻器過流跳閘，啟動失敗數次。檢查設定參數，變頻器轉矩提升保持為出廠設定值0.1，0.1是轉矩提升功能設置為減轉矩特性。由于該系統(tǒng)工藝流程影響，出口存有初始壓力，當變頻器輸出頻率上升到12Hz時，初始壓力最大，造成電動機啟動失敗。該變頻器具有轉矩自動提升功能，它根據變頻器的實際輸出轉矩，自動提升補償，故將轉矩提升碼改為0.0，選擇了自動轉矩提升模式，電動機正常啟動。3.2變頻器過載故障的維修3.2.1過載故障分類3.2.2過載故障定義電動機在運行中，運行電流超過了額定值但又小于過流限定值，運行時間又較長，稱為過載。過載的基本特征是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流（否則就變成過流故障），過載的另一個顯著特征是有一個時間的積累過程，當積累時間達到時才報過載故障。過載報警時間的長短和過載電流的大小有關，過載電流越大，報警時間越短。3.2.3機械負載過重故障的排除1.機械負荷過重的判斷（正常過載）電動機出現(xiàn)了過載跳閘，因為負荷重的原因有：1）電動機發(fā)熱，用手觸及電動機的外殼，明顯發(fā)燙（是鑒定電動機運行中過載的第一步）；2）變頻器顯示屏上讀取運行電流，與電動機的額定電流進行比較，明顯偏大。2.機械負荷過重故障的排除如果電動機的溫升過高，變頻器的過載電流又大于電動機的額定電流，則說明是電動機正常過載。電動機出現(xiàn)正常過載，說明電動機的負荷過重。電動機出現(xiàn)負荷過重的原因有：1）在人工喂料的負載系統(tǒng)中，控制喂料量，使電動機工作在額定狀態(tài)。如攪拌機、打漿機、提升機等。2）在非人工喂料的系統(tǒng)中，負載的大小不可控，瞬時產生過載。解決的方法為：①如果是電動機采用降速傳動，并且電動機的工作速度較低，可考慮適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比（例如電動機的最高轉速為1000r/min，負載的轉速為500r/min，則可以加大傳動比，使電動機的轉速升到1400r/min，在保持輸出功率不變的情況下，可減小電動機的工作電流）。如果機械系統(tǒng)無法改變，傳動比無法加大，則應加大電動機的容量，否則長期過載要燒壞電動機。②如果是電動機直接傳動，如泥漿泵、風機等，工作中電動機的熱量沒有超過規(guī)定值，工作電流超過了變頻器的過載電流，是變頻器的容量選的小，應換為大一級的變頻器。3.變頻器參數設置的不合理變頻器有電動機過載保護功能，該功能是代替電動機的機械熱繼電器。在使用時，根據電動機的保護電流進行設置。1）如果該電流設置的比較小，電動機實際上沒有過載，變頻器達到了設定的電流，則變頻器就過載跳閘。這種情況可以重新設置過載電流，將過載電流設置的高一些（一般設定電流為電動機額定電流的105%~110%）。2）變頻器沒有報過流，但電動機過流燒毀。該種現(xiàn)象是變頻器的容量比電動機的容量選擇的大，而變頻器的過載電流沒有改動，還是原來的默認值，當電動機過載時變頻器不跳閘，時間一長將電動機燒壞。3.2.4負載異常或變頻器異常引起過載跳閘1.三相電壓不平衡1）故障現(xiàn)象變頻器內部開關電路異常，如缺相、輸出電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘。其特點是電動機發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發(fā)現(xiàn)(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；有效的方法是用電壓表測量變頻器的三相輸出電壓，以判斷變頻器是否缺相或電壓不平衡。2）排除方法用電壓表（數字萬用表不能用）測量電動機側的三相電壓，變頻器輸出電壓不平衡，90%是變頻器出了問題。2.誤動作

如果電動機的熱量并不大，但變頻器的檢測電流偏大，導致過載跳閘，是變頻器的檢測電路誤動作。這種情況原則上要進行變頻器的解體維修，但可以將過載電流設置的較大，消除誤動作。3.2.5過載案例分析案例：

一臺富士FR5000G11S、11KW變頻器拖動一臺Y2-132S-6、7.5kW電動機，投入運行時，頻繁跳過載，顯示“OLU”。經測定該電機的堵轉電流達到50A，約為電動機額定電流的3倍。

故障檢查：現(xiàn)場檢查機械部分是否卡死，盤車輕松，無堵轉現(xiàn)象；檢查電動機，無短路故障。又參考變頻器使用說明書，檢查變頻器的參數，經檢查，“頻率偏置”原設定為3Hz，變頻器在接到運行指令但未給出頻率控制信號之前，電動機一直接收3Hz的低頻運行指令而無法起動，造成過載。頻率偏置和頻率增益介紹：該圖是西門子變頻器的頻率偏置控制特性圖。改變圖中參數，可以改變變頻器的控制信號和輸出頻率的關系。將圖中參數設置為：P0760=100%,P0759=10V(20mA)，P0758=P0760=P0757=0，得到起點為零的控制線（下右圖）。故障分析：該電動機為6極，額定轉速960r/min，轉速差為40r/min，轉差頻率為40/60=2/3Hz。變頻器的頻率偏置是轉差頻率的

3Hz÷2/3Hz=4.5倍因電動機的起動頻率設置偏高，電動機還沒有來得及轉動時就已經形成過流。將變頻器的頻率偏置設為2/3Hz以下（保證電動機有一定的預轉矩，又可以正常啟動），變頻器工作正常。知識擴展：變頻器的保護電流是以設定的電流為準，并不以變頻器的容量電流為準。上例中30kW變頻器的額定容量電流為46A，而33A時就報過載，33A是設定的電動機的額定電流。有一鋼廠新裝了一臺西門子M440變頻器用于上料小車，發(fā)現(xiàn)小車懸在空中，電動機既不能正轉上行，也不溜鈎下滑。其原因為重物向下的反力矩正好等于電動機向上的正力矩，而變頻器形成向上的正力矩的電流正好為設定的額定電流值。該例中如果物料裝的少一點，變頻器能正常工作；多一點，變頻器過載。當正好裝的不多不少時，就出現(xiàn)了上述現(xiàn)象。3.3變頻器過壓故障的排除3.3.1過壓問題的提出電源端過壓還是電機端過壓，都是使變頻器直流母線（P、N端之間電壓）電壓升高，當電壓上升到700V以上時，變頻器報過壓故障。電源端過壓電源端過壓是指RST端輸入的電壓超過了規(guī)定值，使加在直流母線上的電壓升高，輕則跳閘，重則損壞變頻器內部電路。輸入端過壓比較好判斷，因為在電網上并連著其他電器。1.消除回饋過壓的方法在電路中接入制動電阻。當電容上的電壓上升到700V以上，制動單元VTB導通，制動電阻RB放電制動，將回饋電能消耗掉，使電動機得到制動力矩而制動。如果制動電阻的制動能力不夠，仍然會產生過壓跳閘。2.回饋制動回饋制動是將電動機的再生電能回饋到電網的制動方法?；仞佒苿与娐肥荘WM整流和回饋制動綜合功能電路。PWM整流可以使輸入相電流連續(xù)，消除對電網的諧波干擾。過壓總結：1.

只要是電動機的轉速大于了變頻器的輸出轉速，電動機就產生發(fā)電效應，給變頻器充電。2.

一旦電動機出現(xiàn)了回饋電能，有制動電阻，制動能力不夠，也會產生過壓現(xiàn)象；沒有制動電阻，意外產生了回饋電能，也會產生過壓現(xiàn)象。在工程上，變頻器過壓現(xiàn)象是復雜的，但我們循著電動機只要出現(xiàn)了發(fā)電效應，必然受到了外負載能量干擾，由負載拖著電動機轉動，只要找出了負載拖著電動機轉動的原因，問題就解決了。案例3：工頻泵停機變頻泵過壓跳閘某水務局一臺100KW工頻泵和一臺160KW變頻泵并聯(lián)為市區(qū)供水，當100KW工頻泵拉閘停機時，變頻泵報過壓跳閘。案例分析：工頻泵工作時，水流在管道中高速流動，形成很大的慣性。當工頻泵突然停止，管道中產生負壓，形成空化現(xiàn)象，負壓將水從變頻泵中吸入，推動葉輪轉動，使電動機的轉速高于變頻器的輸出轉速，電動機產生發(fā)電效應。解決方案：在變頻器上加裝制動電阻。3.制動電阻的計算（參考資料）制動電阻制動就是使電動機得到一定的制動力矩。制動力矩和電動機慣性大小、制動時的轉速差成正比。也就是制動電流與上述二者成正比。因為同一型號的變頻器現(xiàn)場工作情況不同，需要的制動電流不同，因此制動電阻的計算較復雜。當取制動電阻的制動轉矩等于電動機的額定轉矩(TB=TN)時，有

式中，RB——制動電阻阻值，單位為Ω

；

UPN——直流母線上制動起始電壓，一般為760V；

IN——電動機的額定電流，單位為A。當需要制動轉矩大于或小于電動機的額定轉矩，制動電阻的阻值減小或增大，因此，制動電阻的選擇范圍為（式中x為選擇系數）選擇系數0.8~2.5對應制動力矩為電動機額定轉矩的2.5~0.8倍。如選x=0.8，制動力矩為2.5倍額定力矩。四、變頻器PWM控制原理4.1電路組成4.1.1主電路整流電路、起動保護、濾波電路、逆變電路、指示電路、制動單元、輸入端子、輸出端子。4.1.2逆變電路作用：將直流電轉換為三相交流電圖中，VT1—VT6，逆變管（等效為開關），在電路中起開關作用，將直流電逆變?yōu)槿嗾医涣麟?。VD7—VD12，續(xù)流二極管，當電動機有能源回饋時該二極管導通，保護開關管免受反向電壓而損壞。4.2逆變原理下面分析怎樣將一個直流電變?yōu)檎也ǖ膯栴}。4.2.1采樣原理PWM技術的理論基礎是采樣控制理論中的面積等效控制原理。即：加在慣性環(huán)節(jié)上的窄脈沖，盡管形狀不同，只要面積相等，其作用在慣性環(huán)節(jié)上的效果相同（慣性環(huán)節(jié)就是電感、電容）。4.2.2脈寬調制波（PWM波）將一個正弦波電壓分為N等份，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，脈沖的寬度與正弦波的大小成正比，這樣就得到寬度不等的脈沖列，簡稱為PWM波。

實際應用中PWM波的形成方法為：通過載波和調制波相比較，來確定脈沖寬度和脈沖間隔。

調制波ur：所希望生成的等效正弦波。

載波uc：等腰三角波或鋸齒波。1.PWM波的生成按照調制脈沖的極性關系，PWM逆變電路的控制方式分為：1）單極性控制:任一時刻載波與調制波的極性相同，在任意半個周期PWM波單方向變化；正半周：ur＞uc時，有脈沖；ur＜uc時，無脈沖。副半周：ur＜uc時，有脈沖；ur＞uc時，無脈沖。2)雙極性控制：載波雙方向變化，在任意半個周期SPWM波雙方向變化；ur＞uc時，正脈沖；ur＜uc時，負脈沖3)三相逆變波形加在6只逆變管上的信號都為開關信號，6只逆變管就相當于6個開關，管子導通相當于開關閉合，截止時相當于開關斷開。五、欠壓與電磁干擾的維修5.1缺相、欠壓故障的原因及處理

5.1.1缺相、欠壓故障的原因分析1.缺相分析在三相交流電路中，通過三相整流橋整流，得到直流母線上515V的直流電壓。如果有一相斷路，電路變?yōu)閱蜗嗾?，便發(fā)生了缺相故障。1）正常情況當變頻器正常工作時，直流母線上的電壓如圖所示，一個工頻周期內將有6個波頭，此時直流電壓的最大值為537V，平均值為515V，最小值465V。對于一個7.5KW的變頻器，其濾波電容容量一般為900，當滿載運行時，電壓降落大約為40V，即平均電壓為500V左右。當濾波電容容量下降，滿載時平均電壓會低于500V。2）缺相情況

當輸入缺相時，一個周期內只有2個電壓波頭，且整流電壓最低值為零。此時電壓的平均值為342V，比正常情況低了170V。但當空載時，因為有濾波電容，仍可使直流母線上電壓達到500V以上。當變頻器一帶載，電壓隨負載的增加迅速下降，當頻率上升到十幾Hz，電壓下降到400V以下。最好的判斷方法是用電壓表測量開機時直流母線電壓的下降情況。2.欠壓欠壓是指直流母線上的電壓較低，當低于了變頻器的欠壓檢出值，變頻器報欠壓。造成變頻器欠壓的原因有兩個方面：1）380V交流電低于了正常值（低于360V），使變頻器的直流母線上的電壓下降。2）變頻器內部電路問題，如SL接觸器不能吸合，限流電阻造成直流母線電壓低；變頻器檢測電路故障，造成變頻器誤報等。不管是由什么原因造成的欠壓，都可以用測量直流母線電壓的方法檢測出來。3.變頻器瞬間掉電欠壓保護在大型企業(yè)，當有大型電器啟動時，會造成電壓的瞬時下降，當電壓下降到變頻器的欠壓保護值時，變頻器便停止輸出。遇此情況，設置瞬時停電再啟動。5.1.2變頻器欠壓、缺相案例分析案例1：一臺三肯160kW變頻器，在工作中，偶爾報欠壓停機。案例現(xiàn)象：該變頻器為恒壓供水系統(tǒng)，在一年前就有時報欠壓跳閘，復位后能正常工作。最近一段時間，跳閘比較頻繁，每個星期就跳幾次，影響到正常工作。案例檢查：首先測量三相交流電壓，均為385V，正常；再測量直流母線上電壓，為510V，正常。該廠共有兩臺同型號的三肯160kW變頻器，將兩臺變頻器啟動，輸出頻率調整為40Hz，再測量兩臺變頻器的直流母線電壓，均為505V。故障判斷：由于兩臺變頻器型號相同、功率相同、外加電壓和母線電壓相同，均都在正常范圍，一臺變頻器工作始終正常，而另一臺變頻器近期頻繁的報欠壓故障，判斷為變頻器的內部檢測電路出了問題，發(fā)出誤報信號。變頻器必須做解體維修。案例2森蘭變頻器，工作報欠壓。案例現(xiàn)象：一臺森蘭SB70G22、30KW變頻器，上電顯示正常，但是加負載后顯示“Er.dcL”直流母線欠壓故障。案例檢查：上電后測量直流母線電壓，正常。變頻器負載運行，再測量直流母線電壓，發(fā)現(xiàn)隨著輸出頻率的上升，母線電壓下降到500V以下，判斷為整流電路故障。案例維修：用萬用表直流×10擋，測量6只整流二極管的正向導通電阻。經測量，發(fā)現(xiàn)該變頻器整流橋有一路橋臂開路，更換新品后故障排除。5.2變頻器過熱故障的檢修5.2.1變頻器過熱原因5.2.2排除方法1.環(huán)境溫度過高造成環(huán)境溫度高的原因有：1）夏天氣溫過高夏天環(huán)境溫度高于40度時，造成變頻器的體溫度更高，變頻器要降額使用。2）安裝不合理因為安裝不合理，造成變頻器散熱不良。2.變頻器風扇壞、風道堵塞工作在灰塵、絮狀物較多的場合，如果變頻器沒有防塵措施，很容易造成風道堵塞，散熱不良，極易造成模塊損壞。散熱軸流風機，工作有年限要求，當風機的軸承干涸、風葉堵塞、繞組損壞等，會使風機轉速慢或停轉。風機轉速慢或停轉會使散熱器溫度迅速上升，如不馬上停機保護，會使模塊過熱損壞。5.2電磁干擾故障的排除5.2.1電磁干擾的三種途徑

變頻器的干擾途徑為：傳導干擾、電磁波輻射干擾和磁場耦合干擾。1.傳導干擾是整流電源電流的不連續(xù)性造成的。他是沿著電源線傳播，凡是接到該電源上的電器，都要受到干擾。2.電磁波輻射干擾是因為變頻器輸出端PWM波輻射造成的。是無線傳播，當信號線離干擾線較近時會受到干擾。3.磁場耦合干擾是電流流動在導線周圍產生的磁場形成的干擾。干擾距離較近。5.2.2受干擾的原因變頻器受到電磁

干擾的主要原因是變頻器的屏蔽不良。一是：電源線屏蔽不良，PWM波輻射嚴重；二是：控制設備、信號線屏蔽不良，感應進了干擾信號；三是：沒有合理的接地，信號屏蔽線接地、變頻器外殼接地、電動機外殼接地等。四是：工頻電源的干擾諧波傳入了控制設備。變頻器的輸入端沒有安裝電抗器、EMC電磁濾波器，信號電源和變頻器用同一電源。從發(fā)生的電磁干擾案例分析，問題主要出現(xiàn)在上述四個方面。當判斷變頻器為電磁干擾，首先檢查變頻器的接地情況，信號線的屏蔽情況和走向，電源線是否進行了屏蔽，是否套入共軛磁環(huán)，是否接入濾波器等?？捎檬静ㄆ鬟M行控制信號的觀察，從而發(fā)現(xiàn)干擾途徑。

5.2.4消除干擾的方法1.進行良好屏蔽2.分區(qū)安裝5.2.5故障案例分析案例1：電磁干擾引起紡織機不能正常工作1.案例現(xiàn)象：一臺新改裝的紡織機，用3.7KW的變頻器拖動一臺4KW電動機。調試后設備投入試運行。工作幾個小時后電動機不轉，變頻器有頻率顯示，也不報故障保護。用戶認為是變頻器有問題，要求更換一臺新機，后來廠家更換了新機故障依然如此。2.案例分析：由于更換了新機，排除了變頻器本身的故障。在檢查時發(fā)現(xiàn)，按正轉按鈕起動變頻器運行時，變頻器面板的正轉和反轉指示燈都亮，也就是說變頻器正轉指令和反轉指令都啟用了，難怪電動機不運行。在檢查中發(fā)現(xiàn)變頻器沒有采取有效的防電磁干擾措施，判斷該故障為電磁干擾所致。3.處理方法：在變頻器輸入輸出電源線上套上磁環(huán)，把所有控制線更換成屏蔽線，同時降低了變頻器載波頻率。通過上述處理，故障排除。案例2：電磁干擾引起注塑機不能正常工作1.案例現(xiàn)象：一臺18.5KW注塑機做節(jié)能改造，變頻器在現(xiàn)場安裝并設置好參數后，變頻器起動調試。注塑機的電動機、注塑機上的比例流量、比例壓力信號等都能正常反饋到變頻器，但發(fā)現(xiàn)注塑機各項動作反映很慢，尤其是在射膠時電磁閥開度很小，射出的塑膠達不到要求，出現(xiàn)廢品。2.案例分析：開始以為是變頻器參數設置的不對，通過反復檢查沒有發(fā)現(xiàn)問題。再檢查變頻器及注塑機周圍設置，發(fā)現(xiàn)都沒有接地，變頻器也沒有采取有效的屏蔽措施，懷疑以上現(xiàn)象是干擾所致。3.案例處理：由于該廠房沒有引地線進來，所以先在變頻器側做抗干擾處理，現(xiàn)場采取的措施為：1）把變頻器控制板上的對地電容去掉；2）所有控制電路采用屏蔽線，屏蔽地接到變頻器“GND”；3）變頻器的輸入輸出電源線套上磁環(huán)；4）延長變頻器模擬輸入端子的濾波時間（設置端子濾波時間參數）；5）適當降低變頻器載波頻率。采用以上方法與對策后，變頻器干擾解除，注塑機正常工作。案例13：變頻器儀表干擾不能正常工作案例現(xiàn)象：某公司進行水泵節(jié)能改造項目，安裝了9臺ABBACS系列變頻器，其中8臺變頻器是ACS-510系列，功率范圍為45~110kW；另外一臺變頻器是ACS-800系列，功率為200kW，此臺變頻器和另外一臺45k變頻器安裝在一臺1000kV·A車間變壓器供電的380V母線上。變頻器的4~20mA調速信號均來自PLC控制系統(tǒng)。案例調試：在調試中ACS-510系列變頻器運轉正常，但ACS-800變頻器運轉時出現(xiàn)了兩個問題。

1）兩線制儀表信號受到干擾，測量值出現(xiàn)波動。波動比較嚴重時，控制系統(tǒng)發(fā)出壓力高或者壓力低的信號，控制系統(tǒng)均誤認為是壓力過低，而自動關閉一些閥門。下圖曲線為變頻器工作和停止時儀表的記錄曲線，由圖可見，變頻器工作時儀表中感應了較強的干擾信號。但是，除了兩線制以外的儀表，均正常工作，沒有受到干擾。

2）變頻器運行后，車間變壓器保護裝置誤動作，經常發(fā)出過負荷報警，甚至發(fā)生誤動作跳閘，而變壓器實際負荷才500kW，并沒有出現(xiàn)過負荷。故障分析：初步判斷是因為變頻器功率比較大，產生的電磁干擾也比較強烈，并且由于控制線與動力線距離比較近造成的。其4~20mA調速信號電纜采用的是屏蔽雙絞線，穿鍍鋅鋼管后沿電纜橋架敷設，鋼管與電纜橋架的距離約為5cm。故障處理：將控制電纜和動力電纜之間的距離調整到30cm以上再次試驗，發(fā)現(xiàn)干擾現(xiàn)象仍然存在；為了再次確認是否是電磁干擾沿控制線路引入PLC控制系統(tǒng)，將控制電纜從PLC控制柜去除，變頻器控制柜現(xiàn)場手動調速，發(fā)現(xiàn)兩線制儀表信號受到的干擾現(xiàn)象仍然存在，所以基本排除了是電磁干擾信號沿控制線路引入PLC控制系統(tǒng)。隨后采用專用電能質量測試儀對變頻器供電回路進行諧波測試。測試諧波數據如表2所列，諧波電流波形和諧波含量如圖3、圖4所示。變頻器諧波測量數據從測試的諧波數據可知，變頻器產生了大量諧波，主要以5次、7次、11次諧波居多。

從變頻器電壓曲線可以明顯的看出，諧波電流使正常的電壓曲線不再是正弦曲線；諧波含量柱形圖所顯示的情形和所測得的諧波數值相吻合，證實了是變頻器諧波以電磁傳導方式傳播到供電網絡中去，從而影響到儀表變壓器繼電保護裝置不能正常工作。

根據以上測試結果，仔細分析了ACS-510系列變頻器和ACS-800變頻器的結構區(qū)別，從ABB變頻器使用手冊和其他技術資料中發(fā)現(xiàn)，兩種變頻器在其附件配置上稍微有點區(qū)別。ACS-510系列變頻器輸入端內置了一臺變感式交流輸入電抗器和RFI濾波器。交流電抗器和RFI濾波器是標準配置，在實際使用中不需要額外的濾波器。而ACS-800變頻器在輸入端只內置了一臺交流輸入電抗器。EMC濾波器是可選設備，如果在設備訂貨時沒有要求強調安裝EMC濾波器，ABB廠家只在輸入端內置一臺交流輸入電抗器。經核實，這臺變頻器訂貨時確實沒有要求配置EMC濾波器，于是在變頻器輸入端增加了一臺變頻器專用FT330-400型輸入濾波器，然后再開機試驗，