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通用变频器常见故障分析与维护

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摘要：

时下随着社会的不断进步，工厂配电逐渐自动化高端化，特别是随着变频器在工业生产中日益广泛的应用，为了保障变频器可靠运行，有效降低故障停机时间，保证企业生产效率，了解变频器的结构，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用，及其常见故障越来越显示出其重要性。

关键词

变频器故障分析维护

引言

变频技术的核心是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130Hz的变化频率。

同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。

在变频器实际运行中引起此故障的原因较多，可以采取的措施也较多，在处理故障时要分析清楚故障原因，有针对性的采取相应的措施去处理。

本文在针对日常出现的问题提出本人在日常维修中积累的相应的检修办法。

一对于变频器维护检查时的注意事项

1.变频器维修之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机。

2.在关掉输入电源后，等到充电发光二极管已经熄灭，至少等5分钟才可以开始检查，否则会引起触电。

3.不要擅自改装变频器，否则易引起触电和损坏产品。

4.维修、检查和部件开始工作前，取下所有金属物品，使用带绝缘保护的工具，更换的任务必须由胜任人员进行。

二变频器运行中常见故障的分析与检修

1.雷击、感应雷电

　　雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。

此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路器开闭也能产生较高的冲击电压。

　　变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。

　　为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。

当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。

若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。

　　过去的晶体管变频器主要有以下缺点：

容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。

由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

　　如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。

该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。

此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：

对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免Trip；能够对机械系统的异常转矩进行检测。

2.电机发热，变频器显示过载

如果对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器如果出现这种故障，很可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题，如一台新装变频器，其驱动的是一台变频电机，电机额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，发热而过载。

所以在新变频器使用以前，必须设置好该参数，另外使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机热过载，还有一种情形是设置的变频器载波率过高时，也会导致电机发热过载，最后一种情形是电气设计者设计变频器常常在低频段工作，而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题，致使电机工作一段时间后发热过载，对于这种，需加装散热装置

3．变频器过电流故障分析

过电流和过载故障及处理过电流和过载故障是通过变频器常见故障，发生过电流和过载故障的原因可以说是各种各样的，处理方法也是多方面的。

故障类型可分为加速过电流、减速过电流、恒速过电流，过载故障包括变频器过载和电机过载。

故障原因可分为外部原因和变频器本身原因两方面。

（1）由于电机负载突变，引起大的冲击电流而过电流保护动作。

这类故障一般是暂时的，重新启动后就会正常运行，如果经常会有负载突变的情况，应采取措施限制负载突变或更换较大容量的变频器，建议选用直接转矩控制方式的变频器，这种变频器动态响应快、控制速度快，具有速度环自适应能力，从而使变频器输出电流平稳，避免过电流。

（2）变频器电源侧缺相、输出侧断线、电机内部故障引起过电流和接地故障。

（3）电机和电机电缆相间或每相对地绝缘破坏，造成匝间或相间对地短路，因而导致过电流。

（4）受电磁干扰的影响，电机漏电流大，产生轴电流、轴电压，引起变频器过电流，过热和接地保护动作。

（5）在电机绕组和外壳之间、电机电缆和大地之间存在较大的寄生电容，通过寄生电容就会有高频漏电电流流向大地，引起过电流和过电压故障。

（6）在变频器输出侧有功率因数矫正电容或浪涌吸收装置。

（7）变频器的运行控制电路遭到电磁干扰，导致控制信号错误，引起变频器工作错误，或速度反馈信号丢失或非正常时，也会引起过电流。

（8）变频器的容量选择不当，与负载特性不匹配，引起变频器功能失常、工作异常、过电流、过载、甚至故障损坏。

（9）变频器本身的原因参数设定不正确，如加减速时间设定的太短，PID调节器的P参数、I参数设定不合理，超调过大，造成变频器输出电流振荡等。

变频器本身原因主要是内部硬件出现问题。

故障检查时应首先断开负载对变频器进行检查，如果断开负载后，过电流故障依然存在，说明变频器内部元件故障，需进一步检查维修。

如果断开负载后，过电流故障消失，应从电机开始逐个回路检查，并逐项试验，直至排除故障。

4.变频器过电压故障

对于过电压故障的处理，关键一是中间直流回路多余能量如何及时处理；二是如何避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。

下面是主要的对策。

（1）.在电源输入侧增加吸收装置，减少过电压因素对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

（2）从变频器已设定的参数中寻找解决办法在变频器可设定的参数中主要有两点：

是减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。

在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能释放的太快，该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。

如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过压情况下可减至的频率值，暂缓后减速至零，减缓频率减少的速度。

（3）通过控制系统功能优势解决变频器过电压问题在很多工艺流程中，变频器的减速和负载的突降是受控制系统支配的，可以利用控制系统的一些功能，在变频器的减速和负载的突降前进行控制，减少过多的能量馈入变频器中间直流回路。

如对于规律性减速过电压故障，可将变频器输入侧的不可控整流桥换成半可控或全控整流桥，在减速前将中间直流电压控制在允许的较低值，相对加大中间直流回路承受馈入能量的能力，避免产生过电压故障。

而对于规律性负载突降过电压故障，可利用控制系统如SIEMENS的PLC系统的控制功能，在负载突降前，将变频器的频率作适当提升，减少负载侧过多的能量馈入中间直流回路，以减少其引起的过电压故障。

（4）采用增加泄放电阻的方法一般小于7.5kW的变频器在出厂时内部中间直流回路均装有控制单元和泄放电阻，大于7.5kW的变频器需根据实际情况外加控制单元和泄放电阻，为中间直流回路多余能量释放提供通道，是一种常用的泄放能量的方法。

其不足之处是能耗高，可能出现频繁投切或长时间投运，致使电阻温度升高、设备损坏.

5.变频器EMI的抑制方法

EMI是客观存在的一种物理现象，通用变频器中的EMI亦不例外，产生EMI须同时具备三基本要素，即EMI源、耦合途径和敏感设备。

因此抗击和抑制与变频器相关的EMI，必须从产生EMI的“三要素”入手，采取行之有效的对策与措施。

工程上常见的举措与方法有：

接地、屏蔽、滤波、隔离等。

（1）强弱电线尽量避免平行布置

变频器的信号线不要同电动机电缆（尤其是未屏蔽的电动机电缆）或未经滤波的电源线平行布置。

如CT公司推荐的变频器布线规则要求：

信号线与电源线距离小于0.3m时，两线平行长度要小于1m；若两线平行长度超过1m时，两线距离至少在0.3m以上。

如果两线平行长度超过10m，则两线距离应成比例增大。

（2）控制线路规范接线

变频器摸拟量控制线主要包括输入侧的给定信号线和反馈信号线，它们可以接受0～10V电压信号或0～20mA电流信号，输出侧的频率信号线和电流信号线对摸拟信号的抗EMI能力较低，因此必须使用屏蔽线，并且屏蔽层靠近变频器的一端应接控制电路的公共端（COM），而不要接到变频器的地端（E）或大地，屏蔽层的另一端应悬空。

（3）采用电抗器

在变频器的输入电流中，较低的高次谐波分量（5～11次）所占的比重很高，它们除了可干扰其他设备的正常运行外，还因消耗了大量的无功功率，使线路的功率因数大为下降。

在输入电路中串入电抗器是抑制较低次谐波的有效方法。

其中交流电抗器具有三种作用：

其一通过抑制谐波电流，将功率因数提至0.75～0.85；其二削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击；其三削弱电源电压不平衡的影响。

而采用直流电抗器：

功能比较单一，就是削弱输入电流中的高次谐波成分，可将功率因数提高至0.95，具有结构简单，体积小等优点。

（4）采用滤波器

在变频器的输入输出电路中，还有许多频率很高的高次谐波，它们将以各种方式传播出去，形成对其他电气设备的干扰，精心选用滤波器可以抑制相应的EMI。

其中线路滤波器，由电感线圈构成，通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率高的高谐波电流。

而辐射滤波器由高频电容器构成，将吸收频率很高的其有辐射能量的谐波成分。

另外，输出滤波器也由电感线圈构成，它可有效地削弱输出电流中的高次谐波成分，不但起到抗EMI的作用，而且还能削弱电动机中由高次谐波引起的附加转矩。

6、变频器过热故障原因：

（1）变频器内部是由无数个电子器件构成的，其工作时会产生大量的热量，尤其是IGBT工作在高频状态下，产生的热量会更多。

如果环境温度过高，也会导致变频器内部元器件温度过高，为保护变频器内部电路，此时变频器会报温度高故障并停机。

降低变频器所在场所的温度显得尤为重要，如可以加装空调或风扇等强制制冷措施。

（2）如变频器本身的风道堵塞或控制柜的风道被阻塞时，会影响变频器内部的散热，导致变频器过热报警，应该定期检修变频器，清除其风道的垃圾，顺畅风道。

（3）风扇卡阻或损坏，有可能是变频器风扇坏时，大量的热量积聚在变频器内部散不出去。

（4）当变频器所带负载过重（小马拉大车）时，会产生过大的电流，产生大量的热量，有时变频器也会过热报警。

应检查变频器与电机功率是否匹配

7、变频器控制电机时，电机发生机械振动的原因：

（1）由于变频器输出中含有很大成份的高次谐波，当机械设备的坚固螺丝松动后，有可能引起机械设备的振动。

（2）一般机械设备自身都有一个固定的振动频率，为此，变频器一般都有一个叫“回避频率”的参数，避开此频率。

应根据电机震动时变频器中的运行频率设置“回避频率”

（3）当变频器与电机距离较远时，而载波频率又较高时，电缆与大地间分布电容的影响增大，导致电机发生共振，可加装输出电抗器，降低载波频率。

（4）无反馈矢量控制的变频器工作频率太低，当工作频率低于6Hz时，会因运行不够稳定面发生共振

（5）三相电压不平衡，使定子绕组产生的旋转磁场变成椭圆形，引起转矩不均衡赞成电机发生共振。

8、电源异常：

（1）电源异常大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混合形式。

这些异常现象的主要原因，多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。

而雷击因地域和季节有很大差异。

除电压波动外，有些电网或自行发电的单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。

（2）如果附近有直接启动的电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，其电源应和变频器的电源分离，减小相互影响。

（3）对于要求瞬时停电后仍能继续运行的设备，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑电机负载的降速比例。

当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时，失压回复后，通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。

（4）对于要求必须连续运行的设备，应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。

像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态，但也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大，及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。

9参数设置类故障的处理

一旦发生了参数设置类故障后，变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数。

如果以上不行，最好是能够把所有参数恢复出厂值，然后按上述步骤重新设置，对于每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同。

常用变频器，一般出厂时厂家对每一个参数都有一个默认值，这些参数叫工厂值。

在这些参数值的情况下，用户能以面板操作方式正常运行的，但以面板操作并不满足大多数传动系统的要求。

所以，用户在正确使用变频器之前，要对变频器参数时从以下几个方面进行。

（1）确认电机参数，变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

（2）变频器采取的控制方式，即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。

采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

（3）设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂时设定从面板启动，用户可以根据实际情况选择启动方式，可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。

（4）给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定，当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和。

正确设置以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。

结束语：

变频器的科技含量较高，是强电与弱电相结合的设备，尽管采用先进工艺和器件制造出来的新的可靠性非常高，但是如果使用不当或偶然事件也会发生造成变频器的损坏。

要想在生产过程中，使用好变频器，熟悉变频器的结构原理，了解常见故障，以及更好的解决故障。

对技术人员尤为重要。

只能从实践中不断的总结、探索出一套快速有效处理变频器故障的办法。

参考文献：

1.SPWM变频调速应用技术[张燕宾著]

2.实用变频调速技术[唐瑞玲著]

3.中国变频器网