..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(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,可將該線單獨走線,遠(yuǎn)離電源線、強(qiáng)電壓、大電流線及其他電磁輻射較強(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。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)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±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)為該處檢測不對而出現(xiàn)欠壓保護(hù)。P點的工作點范圍為1.９~2.１V,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)

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)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集成電路的退耦電容每個集成塊的電源腳對控制地都應(yīng)加10μF/50V的電解電容并接103<0.01μF>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10μF/50V并接105<1μF>的獨石電容,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)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30～35V,

±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。

這種電源大多是其內(nèi)部的熔斷器損壞造成的。因在送電的瞬間開關(guān)電源受沖擊較大,造成保險絲瞬間熔斷,可更換一個合適的熔斷器即可解決問題。有的是其內(nèi)的壓敏電阻損壞,可更換一支新的開關(guān)電源。3.5頻率不上升

即開機(jī)后變頻器只在"2.00"Hz上運行而不上升,這主要是由于外控電壓不正常所致。變頻器的外控電壓是通過主控板的16腳端子引入的,若外控電壓不正常,或16腳的內(nèi)部運放出了問題,即會引起該故障,如圖13所示。圖13頻率調(diào)節(jié)電路這時請檢查調(diào)節(jié)頻率用的電位W2<3.9K>,測量一下16腳有無0～5V的電壓,進(jìn)而檢測運放電路C點工作是否正常。若16腳電壓正常,而C點無輸出,一般是運放