​变频器故障类型与维护

随着变频器在工业生产的广泛应用,如何掌握变频器故障类型就显的十分重要。文章重点分析了变频器在工业生产中的故障特点和在故障维修方面的问题。这些方法对技术人员具有很大的实际参考作用。

目前,在我国的传动领域中,交流传动占绝对多数。而在交流调速中,尤以变频器调速为最优。近些年来,随着变频器的广泛应用,与变频器相关的故障,越来越引起人们的重视。掌握变频器的故障类型和维修方法,具有广泛的实际价值。

1变频器组成特点

变频器组成包括:(1)整流电路;(2)直流中间电路;(3)逆变电路;(4)保护电路、制动回路工业生产中主要以电压型变频器为主,一典型PWM电压型变频器主电路,其中整流环节和逆变环节构成了变频器主要硬件。

1.1整流电路

将工频交流电变换为直流电。由于整流器在转变为直流电时,不需要对其调压,所以一般采用二极管整流方式。这有利于提高变频器的功率因数和降低成本。

1.2直流中间平波电路

整流电路输出的直流电压中,还含有6倍电源频率的脉动电压,这个脉动的电压对直流电很不利,影响后面的逆变电路,为了拟制电压波动,采用直流电抗和电容吸收脉动电压,一般装置容量较小时,可采用单一的电容滤波。平波电路不仅起到稳定电压的作用,还起到一定的储能。

1.3逆变电路

因要将直流电变换为频率可调的交流电供给电机。所以这里的逆变电路同时兼有调压变频功能。逆变电路中的晶体管应使用全控型器件,触发电路采用SPWM正弦脉宽调制控制方式,实现了调压变频功能。

1.4保护电路、制动回路

由于电压型变频器直流电压固定和整流电路的电流不能反向,交流异步电动机再生制动(转差率为负)时,传动系统的动能变成电能后将存于中间滤波环节的电容上,使直流电压升高。一般情况下,机械系统(含电动机)所积蓄的能量比电容储存的能量大。快速调速时,为防止直流过压(电容储能过高),可通过可逆变流器向电源反馈或设制动回路(开关和电阻)把再生能源消耗掉。在能量消耗的过程中,温度检测模块,对电路起保护作用,一旦发现温度过高,即停在工作,保护变频器逆变回路不会损坏。

2变频器的故障类型和维修

2.1整流电路故障

在工业生产中,尤其在大型的控制设备中,如铜管拉拔机,其中的一台变频器频繁出现问题,具体表现为电机调速异常。检测变频器发现,变频器整流模块有发黑现象,听操作人员介绍,在操作过程听到过较大的响声。怀疑是不是器件本身问题,即整流电路击穿,或老化严重造成瞬间短路。像这类整流电路直接发黑的现象,尤其在高温天气要多加注意,虽然现在大部分的变频器和控制器柜内都装有工业空调,但是由于长时间处于三班制工作状态,某些变频器的耐受性就不是很可靠了。

故障类型有:

(1)在使用较久的变频器中,由于某些电容的容量随着时间的推移,电容的容量逐步的减小,从而导致整个电容组中的电容容量出现的大的偏差(即电容组不均压)那些分担高电压的电容就容易炸裂。IGBT的损坏主要是由于母线的尖峰电压过高而缓冲电路不能很好的吸收造成的。在IGBT导通与关断过程中,存在着极高的电流变化率,当母线设计不合理,造成母线电感过高时,即会使模块承担的电压过高而击穿,击穿的瞬间电流造成模块炸裂。

(2)IGBT的前级光电隔离开关器件因击穿导致功率器件也击穿,或主板内空气湿度大,导致电击穿,从而使IGBT损坏。

明确整流电路那个元器件的故障,对于晶体管或二极管故障,就直接更换整流电路板的晶体管或二极管。更换晶体管操做要点如下:IGBT要避免静电的损坏,因为变频器内部件大部分都是电子器件,静电对该类器件的损坏是无法修复的。基本上都是瞬间击穿。因此更换电路器件前首先要接地,使要修理的机器,电烙铁等全部处于同一电场电位下。进行操作时,电烙铁上不能带有高电位,示波器电源要用隔离变压器进行隔离。IGBT模块使用前要保持G极与E极接通,G、E极的接通主要是为了模块的防静电,在安装过程中才可以断开连接。功率模块与散热片之间要涂导热性良好的硅胶,保证涂层的厚度在0.1―0.25mm之间,接触面积在80%以上,紧固力M413kg/cm,M517kg/cm,以确保模块散热的良好。更换完后,应先对变频器进行手动的试车,确定没有异常后再装入电控柜中。

2.2直流中间平波电路故障

晶体管或二极管输出的脉动直流电流需要消减其中的脉动成分,由于前面的整流电路是靠电压自然换流,因此其脉动电流的成分很大,平波电路减少直流电的脉动分量,可以很好的保护变频器其它部分的可靠工作。在变频器使用很久后,滤波电容也容易发生爆裂,在维修中一定要注意这个问题

2.3逆变电路故障

在对变频器检测时发现,即使断开负载,变频器还是过流,说明变频器的逆变电路损坏,应修理或及时的更换。

2.4保护部分――添加电抗器(输入电抗器和输出电抗器)

(1)输入电抗器

安装电抗器实际上是从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧安装输入电抗器,抑制谐波电流。提高功率因数以及消弱电压不平衡的影响。添加输入电抗器后,在长时间内能保护变频器不受外界电压波动影响,从而减小对变频器三相整流桥的冲击。

(2)输出电抗器

电抗器的参数有两个:一个是流过电抗器的电流,这是由负载所确定的:另一个是电感量。公式1:L1=K1??U2/Idmin(保证电流连续的电感量)

公式中U2――晶体管装置交流侧电源相电压有效值(V);

Idmin――要求连续的最小负载电流(A);

K1――与整流电路有关的系数。

公式2:Lm=(Udm/U2×103)/2πfd×(U2/SiId)

公式中Si――电流脉动系数,为输出脉动电流中最低频率的交流分量幅值Idm与输出脉动电流平均值之比,即Si=Idm/Id,通常三相电路Si<5%~10%,单相电路Si<20%;fd――输出电流的最低次谐波的频率;Udm――输出脉动电压中最低频率的交流分量幅值;Id――输出脉动电流的平均值。

通过计算选择合适的电抗器。变频器接输出电抗器是为了隔离变频器对其他设备的干扰。当变频器输出到电机的电缆长度大于产品规定值时,应加输出电抗器来补偿电机长电缆运行时的耦合电容的充放电影响,避免变频器过流。并能抑制变频器输出的谐波,起到减少变频器噪音的作用。加装输出电抗器后还可以钝化变频器输出电压(开关频率)的陡度,减小逆变器中的功率元件的扰动和冲击。

3结束语

变频器故障诊断方法很多,各有其特点。一方面我们应该根据变频器的内在的电路模块分析,把问题判断准确,另一方面我们要不断加强相关接口知识和设备性能、原理的了解,以便用最有效,最省事的方法把故障排除,以减少停机时间,充分发挥变频器的效率。