变频器故障原因及预防措施

2020-02-18 16:07:29 | 人围观 | 评论:

　　变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调整平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。但是由于受到环境，使用年限以及人为操作等因素，影响变频器的使用寿命大为降低，同时使用中也出现了各种各样的故障。
　　变频器（变频调速器）是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
　　 一、导致变频器故障的外因及预防措施
　　变频器出现故障的原因比较多，概括起来主要分为内因和外因。
　　 1.安装环境的影响及预防
　　由于变频器为电子器件装置，对环境要求比较严格，从产品的说明书中也可以看出环境对变频器的影响。比如振动会导致电子器件损伤；潮湿环境、腐蚀性气体及灰尘会造成器件锈蚀，接触不良，绝缘性能降低；温度是影响变频器性能又一主要“病因”，由于变频器在运作过程中，自身温度会不断升高，若外界温度同样高的话，散热不佳，影响变频器功能。
　　预防措施：在安装变频器时，要保持器稳定性，对于存在振动冲击较大的场合，应采取防止措施，如利用橡胶避震；安装的环境要保持干燥，防止腐蚀性气体侵袭变频器，对于灰尘的危害，要对变频器做定期清扫，保持其清洁；安装环境的温度也要合理控制，有阳光照射的场合要用窗帘遮盖，若温度仍比较高，可适当安装空调。
　　 2.电源异常影响及处理
　　由于电源线路长期暴露在室外，经常要经受风、雨、雪、霜的侵袭，导致线路老化，在供电时出现缺相、低电压、停电等现象，变动的电压波容易对变频器产生影响，导致非正常运行，影响其性能，久而久之，必定会出现故障。
　　预防措施：在电源安装时，尽量将变电器的电源与其他电器分开，避免功率过高时，无法满足变频器正常所需电压。对于要求在停电后仍能运行稍许时间的设备，失压回复后，可通过测速电机测速来防止在加速中的过电流，最低限度降低对变频器的损害。而对于要求停电后长时间连续工作的设备，在安装时应加装自动切换不停电装置，如采用二极管输入变频器。但在停电运行的情况下，整流器中常会出现过大电流，长期如此运转，将影响变频器的寿命和性能，应及早进行检查。
　　 3.外部电磁感应干扰及处理
　　如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理，更必要。
　　预防措施：
　　变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC吸收器。
　　尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离。
　　指定采用屏蔽线的回路，必须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式。
　　变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊，动力接地混用。
　　变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。
　　二、导致变频器故障的内因及预防措施
　　变频器出现故障，不单有外因的影响，内因也是引起故障的重要原因之一。
　　1.变频器参数设置不合理及对策要使变频器正常运行，除正常安装外，参数的设置也至关重要，参数若设置不当，轻则无法满足运转需求条件，重则导致起动、制动的失败，因此在使用时必须正确设置参数。
　　预防措施：为避免参数设置不合理导致变频器故障，在设置时要严格按照说明书或有关规定进行设置，如在速度控制设置中，要通过静态或动态识别最后确定；对于启动方式的设置，出厂说明书一般设置为面板启动，但在实际中，用户可根据工作所需的实际情况进行设置等，通过合理设置参数，能够确保变频器的正常运行。
　　2.过压故障及预防措施
　　变频器的过压主要是在直流母线上，在正常情况下，变频器有一个正常工作电压范围，在此范围内变频器才能正常运转，一旦电压超过此范围，产生的过电压故障极有可能导致变频器损坏，如供电电源过高导致的过电压故障；直流回路电压超过跳闸电压导致的过电压故障等，无论是那种原因引起的过电压故障，均对变频器会产生不良影响。
　　预防措施：确保电源电压在变频器的正常运转电压范围内，并进行定期检修，同时检查变频器频器的减速时间是否正确，若发现设置过短，适当延长减速时间，此外，设置斜坡下降时间于负载的惯量相匹配。
　　 3.过载故障机预防
　　出现过载故障时，电机仍能运转，但其运转电流已超过了额定值，此故障是一个时间的积累，因此才出现故障初期不易被发现，容易被忽视，而一般在发现期，已是比较严重的时期，对变频器的影响比较大。
　　预防措施：由于过载故障具有时间累积性，因此对其预防是排除故障的主要方法，在日常工作中，可通过延长加速时间、制动时间和检查电网电压等方式进行预防。对于已出现过载故障的变频器，通过检查输出三相的平衡性、是否在电机电缆上安装有浪涌吸收装置、变频器输出端开关是否误动作、变频器的加速时间及参数是否设置正确，确定原因后“对症处理”。
　　减少故障的发生，最有效的方法就是日常的维护，通过维护工作，能够及时发现问题，并能及时得到解决，有效的控制了故障的进一步严重化。通过日常的变频器的检查，记录相关数据，并进行对比分析，出现异常立即给予处理对策；在日常工作中，测量工作温度和散热器温度，以便对温度进行调控；加强变频器的日常清灰保养，定期对变频器进行灰尘的清除，保持清洁，在清扫时注意观察变频器内发热情况，有无异常出现，并将每次的检查结果记录备案，以便于下一次的对比。
　　总之，变频器虽然在工业生产中发挥了非常重要的作用，在倡导“节能”的大背景下，符合了社会发展的要求。但其作用的发挥不仅取决于其自身技术的优越性，更依赖于日常的维护和少故障率，因此加强变频器日常的维护和故障的防治，是发挥其最大作用的必要和关键。　　变频器调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大的电能转换，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率转换和弱电控制两大部分。通用变频器一般都采用交直交的方式，并由以下两部分组成：
　　主回路：变频器主回路包括整流部分、直流环节、逆变部分、制动或回馈环节等部分。
　　控制回路：控制回路包括变频器的核心软件算法电路、检测传感电路、控制信号的输入输出电路和保护电路。
　　四、变频器各种故障的分析
　　变频器故障可以分为变频器本机故障、变频器接口故障和电机故障三种，也可以分为有显示故障代码和没显示故障代码两种。
　　1.变频器过电压故障
　　变频器正常工作时，直流部电压为全波整流后的平均值，如果线电压为380V，平均直流电压为Ud=1.35U线=513V。当发生过电压时，直流母线上储能电容被冲电，在母线电压过高时，为了保护变频器，变频器会报过压故障，并封锁逆变器的脉冲输出。
　　（1）来自电源输入侧的过压。一般电源电压不会使变频器因过压而跳闸，但雷电引、补偿电容在合闸式断开时，有可能形成过压故障。也就是说电源输入侧的过压主要是指电源侧冲击过压，这种冲击过压主要特点是电压变化率和幅值都很大。（2）来自负载侧的过压。在电机减速时，电机和负载的动能转化为电能，处于发电状态，发出来的电在直流母线上累积，造成母线电压越来越高。如果电机的机械系统惯性大，而制动时间短，那么制动功率很大。产生的电能在变频器内不断累积，来不及释放，很容易造成直流母线过电压。多个电机拖动同一个负载时，也可能出现过压故障。（3）硬件问题引起的过压。一是变频器内部硬件工作出问题，如电压检测、CPU处理出了问题。二是机械部分问题，如果安装偏心就可能造成过压故障。三是变频器在长时间运行后，中间直流回路电容对直流电压的调节程度减弱，变频器出现过压跳闸的概率也会增大。
　　2.变频器过流故障
　　（1）生产机械在运行过程中负荷突然加重，甚至“卡住”，电动机的转速因带不动而大幅下降，一是电流急剧增加，过载保护来不及动作，导致过电流跳闸；二是变频器输出侧发生短路；三是变频器自身工作不正常。（2）变频器对于升、降速过程中的过电流，设置了防失速功能。当升或降电流超过预置的上限电流Iset时，将暂停升或降速，待电流降至设定值Iset以下时，再继续升或降速。但变频器的降速防失速功能只考虑直流电压，而无降速电流过大的自处理功能。（3）变频器上电或一运行就过流。这种保护一般是因变频器硬件故障引起的，若负载正常，变频器仍出现过流保护，一般是检测电路所引起的。
　　3.变频器过载故障
　　过载有一个时间的积累，当积累值达到时才报过载故障。主要原因有：（1）机械负荷过重，其主要特征是电动机发热。（2）三相电压不平衡，致使其中一相的运行电流过大，造成过载跳闸，主要现象是电动机发热不均。（3）变频器内部的电流检测部分出现误动，检测出的电流信号偏大，导致过载跳闸。
　　4.变频器过热故障
　　变频器内部是由无数个电子元器件构成的，其通电运行有大量的热量产生，特别是IGBT在高频状态下工作，容易发热。还有，如果环境温度过高，散热过慢，同样导致变频器内部元器件温度过高，为保护变频器内部电路，变频器会发热报故障报警并停机。变频器长时间运行，导致灰尘聚集，堵塞风道时，影响变频器内部的散热，导致变频器过热报警。变频器风扇坏时，大量的热量积聚在变频器内部散不出去。当变频器所带负载过重时，电流大幅上升，产生大量的热量，变频器也会过热报警。
　　5.变频器缺相故障
　　输入缺相检测只存在三相产品中。如果进线电源缺相，变频器会报缺相故障，不能启动，如果是运行中出现电源缺相，变频器也会报故障停机，所以如果出现电源缺相，而且变频器坏了，先是变频器故障而后引起烧电源从而出现缺相。当变频器输入缺相后仍在运行时，电容被反复大范围充电，电容将会损坏，从而造成整台变频器的损坏。
　　6.变频器通讯故障
　　变频器提供RS232、RS485串行通讯或总线通讯，组成单主单从或单主多从的通讯控制系统，变频器的通讯故障主要集中在硬件接线错误、通讯卡失常、EMC干扰、通讯协议出错、总线软件配置出错等。
　　7.变频器其他故障
　　（1）变频器运行中“出力不足”。由变频器的U/f控制方式可以知道，变频器控制电机气隙磁通的基本方法即控制输出最高电压和基本运行频率的比值，当基本运行频率设置过高时，则电机的磁通量太小，没有充分发挥电机的能力，铁心利用不充分，导致变频器出力不足。（2）变频器定子检测故障。变频器输入滤波器采用的是LC结构电路，而变频器输出电压为高频脉冲方波，对电容来说相当于短路状态。（3）三线控制方式故障。变频器可以启动，无法停止。如果不注意三线控制方式与二线制近制方式的区别，就会造成变频器故障。（4）变频器换速时经常无法平层。多段速取指令不对引起电梯变频器平层误差大。（5）变频器PG接口问题。PG接口问题引起速度不匹配。（6）变频器转速跟踪模拟输入量。给定通道输入与设定频率的脉冲时间常数不匹配。（7）变频器上电报E018故障。由于接触器吸合良好信号在由驱动板传输到控制板的过程中，因变频电缆接触不良，导致反检信号无法到达控制板，使变频器无法正常工作。（8）上电显示POFF。制动单元损坏。（9）变频器的AOP面板仅能存储一组参数。设计时AOP面板中的内存不够。（10）变频器不能修改参数。在调试过程中修改了参数P927。（11）无法使用编码器作为速度给定。未作参数修改，故不法实现。（12）选择固定频率+
　　ON方式变频器不能运行。参数设定好后随意更改相应端子的定义会使变频器无法启动。
　　五、变频器实用维修方法
　　1.逐步缩小法
　　所谓逐步缩小法，就是通过对故障现象进行分析、对测量参数做出判断，把故障产生的范围一步一步地缩小，最后落实到故障产生的具体电路或元器件上。它实质上是一个肯定、否定、再肯定、再否定，最后做到肯定（判定）的判断过程。例如一台变频器通电后，发现操作盘上无显示。首先判断肯定是无直流供电（可用万用表测量其直流电源电压），进一步检查，发现高压指示灯是亮的（测量PN电压进一步证实），否定主回路高压电路的故障，肯定了开关电源中给操作盘供电的一路电源有问题。测该路电源的交流电压正常，无直流输出，又无短路现象，就可以断定是该电源电路的整流管损坏。这个例子采用的是典型的逐步缩小法。它的整个过程就是通过分析和参数测量，判断、肯定、否定几个回合，最后确定是整流管损坏。
　　2.顺藤摸瓜法
　　所谓顺藤摸瓜法就是根据变频器工作原理，顺着故障现场，沿着信号通路，逐步深入，直达故障发生点，最终寻找到故障产生部位的一种方法。例如一台变频器输出电压三相不平衡。这种故障显然是由2种可能性造成的。一种可能是逆变桥内6个单元中至少有1个单元损坏（开路），另一种可能是6组驱动信号中至少有1组损坏。假设已确定有1个逆变单元无驱动信号，进一步确定驱动电路中故障的产生部位，可采用顺藤摸瓜法来寻找。具体到这个例子，可从上而下地查，即从驱动信号的源头，也就是CPU的输出端起往下查。
　　CPU输出有信号时检查光耦输入端有无信号，若无信号，则CPU到光耦输入端有断线现象。若有信号，则要检查光耦输出端，查看光耦输出端有无信号。若无信号，则表明光耦损坏。若有信号，则再检查放大电路的输入端和输出端，若输入端有信号而输出端无信号，则表明故障产生在放大电路，或放大管或相关元器件损坏。然后进一步落实就很容易了。
　　当然也可以从下向上来查，即从驱动信号输出端开始，也就是逆变器件的控制端往上查。逆变器件控制端无驱动信号，检查放大电路的输出端，有信号则表明放大电路与逆变器件控制端有断电现象。diangon.com若无信号则再检查放大电路的输入端，输入端有信号则表明放大管或相关元器件损坏，若仍无信号此时检查光耦输出端看看有无信号。若有信号，则放大电路输入端与光耦输出端有断线现象。若无信号则继续向上检查光耦输入端看看有无信号。若此时有信号，则表明可能是光耦损害或输出端电源不正常。若光耦输入端无信号而CPU输出端有信号，则CPU与光耦输入端之间有断线现象，或光耦输入端直流电源不正常。
　　3.直接切入法
　　所谓直接切入法，就是根据故障现象直接判断故障位置，更换故障元器件，快速排出故障。对于基本原理、各电路工作原理和作用、各元器件的作用等理论方面掌握的比较扎实又有丰富的修理经验、修理水平较高的人员，通常采用直接切入法。另外，对于一些比较典型的故障也可以采用直接切入法来处理。例如一台安川616PC5型变频器接通电源后，操作盘上无任何显示，但高压指示灯亮，且其它低压直流供电正常。根据工作原理我们判断，这种现象说明开关电源电路工作正常，只是提供给操作盘电源这一路。根据开关电源部分电路图，我们确定为电源侧有短路现象，怀疑可能是滤波电容器老化损坏导致电源侧短路，直接更换新电容，短路现象消除。接通变频器电源，发现这一路仍无直流电压，结合原理分析，疑为整流二极管损坏开路，更换整流二极管后，这一路直流电压正常，变频器恢复正常。
　　如果维修人员对变频器各部分的原理很熟悉，根据此台变频器无显示故障，直接就可以判断出来这是由于提供给操作盘的低压直流供电这路电源出了问题。然后再确定是由于滤波电容老化损坏短路，引起过电流，引起过电流，又将整流二极管损坏断路，导致操作盘无直流供电，出现无任何显示故障。
　　4.电位、电压分析法
　　在不同的状态下，变频器各部分电路中各点都具有不同的电位分布，因此，可以通过测量和分析电路中某些点的电位及其分布，确定电路故障的类型和部位。实际上当电路中存在故障时，电路中各点的电位必将发生变化，据此，可以判断出电路的故障点。另外阻抗的变化造成了电流的变化，电位的变化也造成了电压的变化，因此，也可采用电流分析法和电压分析法确定电路故障。
　　5.菜单法
　　即根据故障现象和特征，将可能引起这种故障的各种原因顺序罗列出来，然后一个个地查找和验证，直到确诊出真正的故障原因和故障部位。此法比较适合初学者使用，此处不再详加赘述。

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