變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。
變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。
?。?）根據(jù)負(fù)載特性選擇，如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載需選擇siemensMMV/MDV變頻器，如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載應(yīng)選擇siemensECO變頻器。
?。?）選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會(huì)造成的功率因數(shù)和效率都會(huì)變壞。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流增加10%而溫升增加約20%。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這中情況，適當(dāng)留有裕量，以防止溫升過高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。
（3）變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。
?。?）當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F控制方式，并且變頻器無法保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
（5）對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。
?。?）使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。
?。?）變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)充分注意選擇變頻器的容量，使其最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會(huì)造成變頻器損壞。
?。?）驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所之外。
（9）使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤(rùn)滑方式的制約。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑時(shí)，在低速范圍內(nèi)沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速范圍內(nèi)，有可能發(fā)生潤(rùn)滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。
?。?0）變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子時(shí)，大多是利用已有的電動(dòng)機(jī)。繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小。因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩GD2較大的場(chǎng)合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。
（11）變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，與工頻相比，降低輸出容量10%～20%，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。
?。?2）對(duì)于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。因此，應(yīng)了解工頻運(yùn)行情況，選擇比其最大電流更大的額定輸出電流的變頻器。變頻器驅(qū)動(dòng)潛水泵電動(dòng)機(jī)時(shí)，因?yàn)闈撍秒妱?dòng)機(jī)的額定電流比通常電動(dòng)機(jī)的額定電流大，所以選擇變頻器時(shí)，其額定電流要大于潛水泵電動(dòng)機(jī)的額定電流。
?。?3）當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動(dòng)電流很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。
（14）選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。否則現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行。
?。?5）單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng)。
在實(shí)際的運(yùn)用中我們發(fā)現(xiàn),常見的故障可分為控制通道異常、IGBT過流,過電壓故障等等。高壓具有高度智能化運(yùn)算水平和完善的故障檢測(cè)電路,并能對(duì)所有的故障提供精確的定位,在主控界面上做出明確的指示。這里就常見的高壓變頻器故障及產(chǎn)生的原因和高壓變頻器維修方法進(jìn)行分析。
一、控制通這異常故障
控制通道異常故障通常由子PWM板與功率單元板之間的造成的,一般由以下幾種情況:
1、光纖連接部位接觸不良或光纖頭脫落；
2、光纖信號(hào)發(fā)送/接收器內(nèi)部進(jìn)積灰生；
3、光纖折斷;
4、光纖通信控制振損壞;
在出現(xiàn)光纖故障的情況下，首先需要判斷是功率單元故障還是控制器側(cè)出現(xiàn)故障，可以通過對(duì)調(diào)光纖的方法進(jìn)行判斷。將在控制器中光纖板上得同一相得任意一個(gè)功率單元對(duì)應(yīng)的光纖與報(bào)故障的光纖進(jìn)行對(duì)調(diào)，再次上電監(jiān)控界面定位的光纖故障如果仍然在原位置，說明是光纖板損壞，反之，監(jiān)控界面顯示的光纖故障已經(jīng)更換位置，則說明是功率單元故障，此時(shí)可以考慮更換或裝修故障功率單元。
二、IGBT過流故障的原因及解決辦法
IGBT是高壓變頻器中最關(guān)鍵的功率器件，IGBT作為一種大功率的復(fù)合器件,存在著過流時(shí)可能發(fā)生鎖定現(xiàn)象而造成損壞的問題。為了提高系系充的可靠性，采取了一些措施防止因過流而損壞。通常引起IGBT過流故障的原因有以下幾種:
1、變頻器輸出短路;
2、功率単元內(nèi)IGBT被擊穿;
3、驅(qū)動(dòng)檢測(cè)電路損壞
4、檢測(cè)電路被干擾;
檢測(cè)方法是根據(jù)監(jiān)控界面顯示的故障定位找到對(duì)應(yīng)得模塊,拆開檢査IGBT是否損壞，判斷的方法是找到功率單元內(nèi)部直流母線的正極v+與負(fù)極v-,將的黑表望接到v+上，紅表筆分別接到U,V上，用二機(jī)管檔，應(yīng)該顯示0.4V左右的數(shù)值，反相則顯示無窮大；將紅表筆接到v一上，重復(fù)以上步驟，應(yīng)得到相同的結(jié)果，否則可判斷IGBT損壞需要更換。
三、過電壓故障原因及解決辦法
過電壓原因一般是是來自輸入側(cè)的過電壓，正常情況下電網(wǎng)電壓的被動(dòng)在額定電壓的-10%~+10%以內(nèi)，但是在特殊后況下。由子直流母線電壓隨著電源電壓上升，所以當(dāng)電壓上升到保護(hù)值時(shí)，變頻器會(huì)因過電壓保護(hù)而跳閘。為進(jìn)免輸入側(cè)過電壓可以改變變壓器的抽頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，此種方法只適合子現(xiàn)場(chǎng)電壓一直偏高的情下，另外還可以考慮在電源輸入側(cè)増加吸收裝置，減少變頻器輸入側(cè)過電壓因素。
1、逐步縮小法
所謂逐步縮小法，就是通過對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、對(duì)測(cè)量參數(shù)做出判斷，把故障產(chǎn)生的范圍一步一步地縮小，最后落實(shí)到故障產(chǎn)生的具體電路或元器件上。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)肯定、否定、再肯定、再否定，最后做到肯定（判定）的判斷過程。例如一臺(tái)變頻器通電后，發(fā)現(xiàn)操作盤上無顯示。首先判斷肯定是無直流供電（可用萬用表測(cè)量其直流電源電壓），進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)高壓指示燈是亮的（測(cè)量PN電壓進(jìn)一步證實(shí)），否定主回路高壓電路的故障，肯定了開關(guān)電源中給操作盤供電的一路電源有問題。測(cè)該路電源的交流電壓正常，無直流輸出，又無短路現(xiàn)象，就可以斷定是該電源電路的整流管損壞。這個(gè)例子采用的是典型的逐步縮小法。它的整個(gè)過程就是通過分析和參數(shù)測(cè)量，判斷、肯定、否定幾個(gè)回合，最后確定是整流管損壞。
2、順藤摸瓜法
所謂順藤摸瓜法就是根據(jù)變頻器工作原理，順著故障現(xiàn)場(chǎng)，沿著信號(hào)通路，逐步深入，直達(dá)故障發(fā)生點(diǎn)，最終尋找到故障產(chǎn)生部位的一種方法。例如一臺(tái)變頻器輸出電壓三相不平衡。這種故障顯然是由2種可能性造成的。一種可能是逆變橋內(nèi)6個(gè)單元中至少有1個(gè)單元損壞（開路），另一種可能是6組驅(qū)動(dòng)信號(hào)中至少有1組損壞。假設(shè)已確定有1個(gè)逆變單元無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)一步確定驅(qū)動(dòng)電路中故障的產(chǎn)生部位，可采用順藤摸瓜法來尋找。具體到這個(gè)例子，可從上而下地查，即從驅(qū)動(dòng)信號(hào)的源頭，也就是CPU的輸出端起往下查。
CPU輸出有信號(hào)時(shí)檢查光耦輸入端有無信號(hào)，若無信號(hào)，則CPU到光耦輸入端有斷線現(xiàn)象。若有信號(hào)，則要檢查光耦輸出端，查看光耦輸出端有無信號(hào)。若無信號(hào)，則表明光耦損壞。若有信號(hào)，則再檢查放大電路的輸入端和輸出端，若輸入端有信號(hào)而輸出端無信號(hào)，則表明故障產(chǎn)生在放大電路，或放大管或相關(guān)元器件損壞。然后進(jìn)一步落實(shí)就很容易了。
當(dāng)然也可以從下向上來查，即從驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端開始，也就是逆變器件的控制端往上查。逆變器件控制端無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，檢查放大電路的輸出端，有信號(hào)則表明放大電路與逆變器件控制端有斷電現(xiàn)象。diangon、com若無信號(hào)則再檢查放大電路的輸入端，輸入端有信號(hào)則表明放大管或相關(guān)元器件損壞，若仍無信號(hào)此時(shí)檢查光耦輸出端看看有無信號(hào)。若有信號(hào)，則放大電路輸入端與光耦輸出端有斷線現(xiàn)象。若無信號(hào)則繼續(xù)向上檢查光耦輸入端看看有無信號(hào)。若此時(shí)有信號(hào)，則表明可能是光耦損害或輸出端電源不正常。若光耦輸入端無信號(hào)而CPU輸出端有信號(hào)，則CPU與光耦輸入端之間有斷線現(xiàn)象，或光耦輸入端直流電源不正常。
3、直接切入法
所謂直接切入法，就是根據(jù)故障現(xiàn)象直接判斷故障位置，更換故障元器件，快速排出故障。對(duì)于基本原理、各電路工作原理和作用、各元器件的作用等理論方面掌握的比較扎實(shí)又有豐富的修理經(jīng)驗(yàn)、修理水平較高的人員，通常采用直接切入法。另外，對(duì)于一些比較典型的故障也可以采用直接切入法來處理。例如一臺(tái)安川616PC5型變頻器接通電源后，操作盤上無任何顯示，但高壓指示燈亮，且其它低壓直流供電正常。根據(jù)工作原理我們判斷，這種現(xiàn)象說明開關(guān)電源電路工作正常，只是提供給操作盤電源這一路。根據(jù)開關(guān)電源部分電路圖，我們確定為電源側(cè)有短路現(xiàn)象，懷疑可能是濾波電容器老化損壞導(dǎo)致電源側(cè)短路，直接更換新電容，短路現(xiàn)象消除。接通變頻器電源，發(fā)現(xiàn)這一路仍無直流電壓，結(jié)合原理分析，疑為整流二極管損壞開路，更換整流二極管后，這一路直流電壓正常，變頻器恢復(fù)正常。
如果維修人員對(duì)變頻器各部分的原理很熟悉，根據(jù)此臺(tái)變頻器無顯示故障，直接就可以判斷出來這是由于提供給操作盤的低壓直流供電這路電源出了問題。然后再確定是由于濾波電容老化損壞短路，引起過電流，引起過電流，又將整流二極管損壞斷路，導(dǎo)致操作盤無直流供電，出現(xiàn)無任何顯示故障。
4、電位、電壓分析法
在不同的狀態(tài)下，變頻器各部分電路中各點(diǎn)都具有不同的電位分布，因此，可以通過測(cè)量和分析電路中某些點(diǎn)的電位及其分布，確定電路故障的類型和部位。實(shí)際上當(dāng)電路中存在故障時(shí)，電路中各點(diǎn)的電位必將發(fā)生變化，據(jù)此，可以判斷出電路的故障點(diǎn)。另外阻抗的變化造成了電流的變化，電位的變化也造成了電壓的變化，因此，也可采用電流分析法和電壓分析法確定電路故障。
5、菜單法
即根據(jù)故障現(xiàn)象和特征，將可能引起這種故障的各種原因順序羅列出來，然后一個(gè)個(gè)地查找和驗(yàn)證，直到確診出真正的故障原因和故障部位。此法比較適合初學(xué)者使用，此處不再詳加贅述。
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