變頻器的故障排除及維修

1 引言
IGBT變頻調速器，自研製開發投入市場以來，以其優越的調速性能，可觀的節能量已為廣大的電機用戶所接受，正以每年大規模的銷售量走向社會，為電力、建材、石油、化工、煤礦等各行業的發展提供了優質的服務，其用戶群已遍布生產的各行各業，成為廣大用戶所喜愛的產品。
這裏筆者結合自己在長期的售後服務工作中經曆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行探討，以期把該產品使用得更好，更切實的為顧客服務。
2 變頻器運行中有故障代碼顯示的故障
在變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。
現就這幾種情況作一下分析。

2.1 短路保護
若變頻器運行當中出現短路保護，停機後顯示“0”，說明是變頻器內部或外部出現了短路因素。這有以下幾方麵的原因:
(1) 負載出現短路
這種情況下如果把負載甩開，即將變頻器與負載斷開，空開變頻器，變頻器應工作正常。這時我們用兆歐表(或稱搖表)測量一下電機絕緣，電機繞組將對地短路，或電機線及接線端子板絕緣變差，此時應檢查電機及附屬設施。
(2) 變頻器內部問題
如果上述檢測後負載無問題，變頻器空開仍出現短路保護，這是變頻器內部出現問題，應予以排除。如圖1所示。

圖1 變頻器主電路示意圖
在逆變橋的模塊當中，若IGBT的某一個結擊穿，都會形成短路保護，嚴重的可使橋臂擊穿，甚至於送不上電，前麵的斷路器將跳閘。這種情況一般隻允許再送一次電，以免故障擴大，造成更大的損失，應聯係廠家進行維修。
(3) 變頻器內部幹擾或檢測電路有問題
有些機子內部幹擾也易造成此類問題，此時變頻器並無太大的問題，隻是不間斷的、無規律的出現短路保護，即所謂的誤保護，這就是幹擾造成的。
變頻器的短路保護一般是從主回路的正負母線上分流取樣，用電流傳感器經主控板的檢測傳至主控芯片進行保護的，因此這些環節上任何一處出現問題，都可能造成故障停機。
對於幹擾問題，現低壓大功率的及中高壓變頻器都加了光電隔離，但也有出現幹擾的，主要是電流傳感器的控製線走線不合理，可將該線單獨走線，遠離電源線、強電壓、大電流線及其他電磁輻射較強的線，或采用屏蔽線，以增強抗幹擾能力，避免出現誤保護。
對於檢測電路出現的問題，一般是電流傳感器、取樣電阻或檢測的門電路問題。電流傳感器應用示波器檢測，其正常波形應如圖2所示。

圖2 電流傳感器波形圖
若波形不好或出現雜亂波形甚至於無波形，即說明電流傳感器有問題，可更換一隻新的。對取樣電阻問題，有的機子使用時間長了，其阻值會變大，甚至於斷路，用萬用表可檢測出來，應予以更換成原來的阻值的或少小一些的電阻。
對於檢測的門電路，應檢查在靜態時的工作點，若狀態不對應更換之。
(4) 參數設置問題
對於提升機類或其他(如拉絲機、潛油電泵等)重負荷負載，需要設置低頻補償。若低頻補償設置不合理，也容易出現短路保護。一般以低頻下能啟動負載為宜，且越小越好，若太高了，不但會引起短路保護，還會使啟動後整個運行過程電流過大，引起相關的故障，如IGBT柵極燒斷，變頻器溫升高等。因此應逐漸加補償，使負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) 在多單元並聯的變頻器中，若某一單元出現問題。勢必使其他單元承擔的電流大，造成單元間的電流不平衡，而出現過流或短路保護。因此對於多單元並聯的變頻器，應首先測其均流情況，發現異常應查找原因，排除故障。各單元的均流係數應不大於5%。
2.2 過流保護
變頻器出現過流保護，代碼顯示“1”，一般是由於負載過大引起，即負載電流超過額定電流的1.5倍即故障停機而保護。這一般對變頻器危害不大，但長期的過負荷容易引起變頻器內部溫升高，元器件老化或其他相應的故障。

圖4 傳感器的波形圖
這種保護也有因變頻器內部故障引起的，若負載正常，變頻器仍出現過流保護，一般是檢測電路所引起，類似於短路故障的排除，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，其包絡類似於正弦波，若波形不對或無波形，即為傳感器損壞，應更換之。
過流保護用的檢測電路是模擬運放電路，如圖5所示。

圖5 過流檢測電路
在靜態下，測A點的工作電壓應為2.4V，若電壓不對即為該電路有問題，應查找原因予以排除。R4為取樣電阻，若有問題也應更換之。
過流保護的另一個原因就是缺相。當變頻器輸入缺相時，勢必引起母線電壓降低，負載電流加大，引起保護。而當變頻器輸出端缺相時，勢必使電機的另外兩相電流加大而引起過流保護。所以對輸入及輸出都應進行檢查，排除故障。
2.3 過、欠壓保護
變頻器出現過、欠壓保護，大多是由於電網的波動引起的，在變頻器的供電回路中，若存在大負荷電機的直接啟動或停車，引起電網瞬間的大範圍波動即會引起變頻器過、欠壓保護，而不能正常工作。這種情況一般不會持續太久，電網波動過後即可正常運行。這種情況的改善隻有增大供電變壓器容量，改善電網質量才能避免。
當電網工作正常時，即在允許波動範圍(380V±20%)內時，若變頻器仍出現這種保護，這就是變頻器內部的檢測電路出現故障了。一般過、欠壓保護的檢測電路如圖6所示。
當W1調節不當時，即會使過、欠壓保護範圍變窄，出現誤保護。此時可適當調節電位器，一般在網電380V時，使變頻器麵板顯示值(運行中按住“〈”鍵〉與實際值相符即可。當檢測回路損壞時，如圖中的整流橋、濾波電容或R1、W1及R2中任一器件出現問題，也會使該電路工作不正常而失控。如有的機子R1損壞造成開路，使該電路P點得不到電壓，芯片即認為該處檢測不對而出現欠壓保護。P點的工作點範圍為1.９~2.１V，即對應其電壓波動範圍。