变频器的故障诊断与排除

1 引言
在现代工业和经济生活中，随着电力电子技术、微电子技术、现代控制理论及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何在工业控制中选择性能好的变频器和迅速排除生产中变频器的故障，是专业技术人员共同追求的目标。下面结合笔者的工作经验谈谈变频器的工作原理极其故障与诊断。

2 变频器的工作原理
由变频器的工作原理可以知道，三相交流异步电动机的同步转速表达式为：
n＝60 f(1－s)/p (1)
式中: n—异步电动机的转速；
f—异步电动机的频率；
s—电动机转差率；
p—电动机极对数。
由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

3 变频器的组成
变频器是把工频电源(50hz或60hz)变换成频率可调的交流电源，以实现控制电动机的变速运行的设备，其主要由主电路和控制电路组成，主电路包括：整流电路、直流中间、电路逆变电路等；整流电路的作用是把三相或单相交流电变换成直流电，为逆变电路提供所需的直流电源。直流中间电路通过大容量的电容对输出电压进行滤波对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路的功能是在控制电路的控制下将直流中间电路输出的直流电压转换为电压频率可调的交流电压，实现对异步电动机的变频调速的控制将直流电再逆成交流电。控制电路由运算电路、检测电路、控制信号的输入/输出电路和驱动电路组成。
控制电路是给异步电动机供电 (电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路。控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。

4 变频器常见故障与分析
由于变频器内部是大功率的电子元器件，因此对其工作的物理环境和电气环境具有很高的要求，若物理环境和电气环境达不到其要求，变频器常常会以故障的方式反馈出来。下面就变频器常见故障作简单的介绍与分析。
4.1变频器过温故障
(1) 故障的原因分析
在炎热的夏季过温是变频器经常发生的故障，引起故障可能的原因是变频器工作的环境温度过高，导致变频器的散热器温度超过报警电平，将使调制脉冲的开关的频率降低或者输出频率降低。
(2) 故障诊断和应采取的措施
环境温度必须在规定的范围内，在变频器工作的房间内安装制冷风机，当变频器运行时，制冷风机必须投入运行，使变频器工作在恒温的环境中，减少过温故障的发生；变频器的负载状态和工作/停止周期时间必须适当；变频器的脉冲频率必须设定为缺省值。
4.2电流限幅故障
(1) 故障的原因分析
由于负载电动机的功率与变频器的功率不匹配或者负载电动机的连接导线太短常常会导致变频器发生电流限幅故障。
(2) 故障诊断和应采取的措施
为了防止变频器发生电流限幅故障，负载电动机的功率必须和变频器的功率相呼应；连接负载电动机和变频器的电缆长度不得超过最大允许值；负载电动机电缆和电动机内部不得有短路或接地故障；输入变频器的负载电动机参数必须与实际使用的电动机一致；负载电动机的定子电阻值必须正确无误；检查负载电动机的冷却风道是否堵塞和负载电机是否发生过载。
4.3过电压限幅故障
(1) 故障的原因分析
由于变频器达到了过电压限幅值或者当变频器斜坡下降时如果其直流回路控制无效，可能出现过电压限幅这一报警信号。
(2) 故障诊断和应采取的措施
电源电压必须在变频器铭牌数据限的数值以内；禁止直流回路电压控制器(p1240=0)，并正确的进行参数化；变频器的斜坡下降时间必须与负载的惯性相匹配；要求变频器的制动功率必须在限定的限幅以内。
4.4 欠电压限幅故障
(1) 故障的原因分析
由于电网的供电电源发生故障，或者供电电源电压和与之相应的直流回路电压低于规定的限定值，以及变频器使能动态缓冲都是发生欠电压限幅故障的根本原因。
(2) 故障诊断和应采取的措施
故障诊断和应采取的措施，是用户必须保证使用的电源电压必须在变频器铭牌数据限定的数值以内。
4.5变频器i2t过温故障
(1) 故障的原因分析
引起变频器i2t过温故障的主要原因，是变频器的温度超过报警电平，如果进行了参数化，输出频率或脉冲频率降低。
(2) 故障诊断和应采取的措施
检查变频器的工作/停止周期的时间，工作时间应在规定的范围内；负载电动机的功率是否与变频器的功率相匹配。
4.6变频器的工作/停止周期故障
(1) 故障的原因分析
引起变频器的工作/停止周期故障的原因可能是散热器温度与igbt的结温之差超过了报警的限定值。
(2) 故障诊断和应采取的措施
故障诊断和应采取的措施是，用户必须检测变频器的工作/停止周期和冲击负载，使其在规定范围内。
4.7电动机i2t过温故障
(1) 故障的原因分析
如果变频器带动的负载电动机发生过载或者在负载的工作/停止周期中，工作时间太长都会导致电动机i2t过温故障。
(2) 故障诊断和应采取的措施
无论哪一种的过温，用户必须检查一下各项并采取相应的措施：负载工作/停止周期是否正确；负载电动机的过温度参数是否设定正确；电动机的温度报警电平是否匹配。
4.8电动机温度信号丢失故障
引起电动机温度信号丢失的原因主要是：负载电动机的温度传感器的信号线发生断线。如果已检查出信号线断线，温度监控开关应切换到采用电动机的温度模式进行监控。
在变频器实际的工作使用中，发生的故障远远不止上面所叙说的那些，有些故障是随机的，排除它有一定的难度，但是只要详细了解变频器常见故障的基础上，加上不断的变频器再学习，借助自己的灵感，相信可以排除那些随机发生的故障。由于变频器的主回路是非线性 (进行开关动作)，变频器本身就是谐波干扰源，而其周边控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰，造成变频器自身和周边设备无法正常的工作。因此，加强变频器的抗干扰措施也是防止变频器发生故障的主要手段。

5 其它注意事项
为了保证变频器安全可靠无故障的运行，在安装变频器时要注意以下几个问题：
(1) 装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。
(2) 弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。
控制电缆建议采用 1.25mm×2或2mm×2屏蔽绞合绝缘电缆。
(3) 屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。
(4) 变频器的控制电缆、电源电缆和电动机的连接电缆的走线必须相互隔离，不要把它们放在同一个电缆线槽中和电缆架上。
(5) 变频器必须可靠接地，如果不把变频器可靠接地，装置内可能出现导致人身伤害的潜在危险。
(6) 变频器在供电电源的中性点不接地的情况下是不允许使用的。电源(中性点)不接地时需要从变频器中拆掉“y”形接线的电容器。

6　结束语
我车间的高压氨水泵电机采用变频器控制后，在车间的节能和氨水压力控制和调节方面起着明显的效果，但是以上谈及的故障时常会发生的，有时是几个故障共同存在的，所以在使用和维护等工作中，尤其要注意变频器的故障问题，只有做好变频器抗干扰措施和加强变频器的维护，才能降低变频器故障发生率，才能充分发挥变频器的优越性能。

作者简介
胡青龙 男 现任职于江苏沙钢集团宏发焦化厂，主要从事自动化控制及其技术改造 。

参考文献
[1] 周波,黎红.正确使用和维护变频器.电工技术，2007(11):32-33
[2] 马宁,孔红.s7-300plc和mm440变频器的原理与应用.北京:机械工业出版社,2006
[3] 吴忠智,吴加林.变频器应用手册(第3版).北京:机械工业出版社,2007

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