变频器故障分析与处理一、预备知识 电动机的种类o某公司II套常减压装置配有75KW减底泵电动 机2台，工作方式为一用一备。由于生产装置 产量提高，1台减底泵已不能满足生产要求， 据工艺车间测算也就是差35m3/h（该泵设 计流量为50m3/h，输入功率计算值为67KW ，扬程200m，转速2950r/min；配电动机 型号：YB280S-2,75KW,转速2970r/min ），也就是说开1台泵刚好不够。为了不影响 生产，只能暂时开2台减底泵运行。调速：根据工况需要调整设备运行速度，以达到节能、减少磨 损、按需生产等目的异步电动机的实际转速：由公式可以看出异步电动机的实际转速小于同步转速。而由公式可以看出，改变f、s和p中任意一个即可改变电 动机的转速。异步电动机的机械特性电机启动方式鼠笼电动机启动方式直接启动星三角启动定子串电阻启动自耦变压器启动延边三角启动 变频启动软启动绕线电机启动方式逐级切电阻启动频敏变阻器启动变频器原理及内部电路什么是变频器？ 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变 换为另一频率的电能控制装置。 变频器的工作可以分为两个基本过程1、先将三相（或单相）交流电经整流桥整流成直流（ 交直变换）2、再把直流电“逆变成频率可任意调节的三相（或单 相）交流电（直交变换）o一般通用型变频器大致包括以下几个部分o(1)整流电路：由VD1VD6组成o(2)滤波电路：由C1、C2组成o(3)制动电路：由RR、VB组成o(4)逆变电路：由V1V6、 D1D6组成o(5)控制电路： 单片机继电器晶闸管等组成整流与滤波o整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。三相线电压为380V 时，整流后峰值为电压537V，平均电压为515V，最高不能超过 760V，整流器件一般采用整流二极管或模块；o整流桥与滤波电容之间，有Rs为充电（限流）电阻，当变频器刚拉 入电源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波电容， 使整流桥可能因此而受到损坏。如果电容量很大，不会使电源电压 瞬间下降而形成对电网的干扰；Ks为短路开关或晶闸管组成的并联 电路，充电电阻如长期接在电路内，会影响直流电压UD和变频器输 出电压的大小。所以，当UD增大到一定程度时， Ks 接通把Rs 切出 电路。 Ks 有用晶闸管也有用继电器触点构成；oC1和C2应是并联、串联的电容器组，由于C1和C2的电容量不能完 全相等（承受电压较高一侧电容器组容易损坏），因此并联一个阻 值相等的均压电阻R1和R2，使得 UD1 、UD2 电压相等；制动电路o在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐 渐减小频率来实现的。在频率刚减小的瞬间，电动机 的同步转速随之下降，而由于枢机惯性的原因，电动 机的转速未变，当同步转速低于转子转速时，转子绕 组切割磁力线的方向相反了，转子电流的相位几乎改 变180度，使电动机牌发电状态，也称为再生制动状 态。o电动机再生的电能经续流二极管（D1D6）全波整流 后反馈到直流电路中，由于直流电路 的电能无法回输 给电网，只能由C1和C2吸收，使直流电压升高。过高 的直流电压将使变流器件受到损害。因此，直流电压 超过一定值时，就要提供一条放电回路。o能耗电路由制动电阻RB、和制动单元VB构成，当直流 回路电压UD超过规定值时，VB导通，使直流电压通过 RB释放能量，降低直流电压。而当UD在正常范围内时 VB截止，以避免不必要的能量损失。逆变电路o逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变 换为所要频率的交流电压，根据确定的时间相应功率 开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三 相上得到相位互相差120的三相交流电压。 o逆变电路由开关器件V1V6构成，目前大部分使用 IGBT管o 续流电路由D1D6组成作用是为电动机绕组的无功 电流返回提供通道；为再生电能反馈提供通道；为寄 生电感在逆变过程中释放能量提供通道。o缓冲电路：当逆变管在判断和导通的瞬间，其电压和 电流的变化率是很大的，有可能使逆变管受到损伤。 因此每个逆变管旁还应接入缓冲电路，以减缓电压和 电流的变化率。控制电路o现代变频器基本采用16位、32位单片机为控制核心，从而实现全数 字化控制。o变频器是输出电压、频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为 主控制电路，控制电路由以下电路构成：频率、电压的“运算电路”， 主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电 路控制信号放大的“驱动电路”以及变频器和电动机的“保护电路”， o控制电源：控制电源为各部分提供0 5V、0 10V、0 24V稳定电压。o采样电路：提供控制用的数据给主控电路进行控制运算；将采样值提 供给各保护电路与有关的极限值和设定值进行比较，必要时采取跳闸 等保护措施。o驱动电路：用于驱动各逆变管。o其他还有控制面板、外接给定与输入端子、外接输出控制端子。如何维修变频器o维修的原则：先静后动o静是指不通电状态，动是指通电后的工作状态。检修开始时，要先 静下来，不要盲目动手，应多问。例如:问清是否违反操作规程、 出现故障时的现象、是否更改过内部参数等，根据情况对故障作客 观的、大致的分析，再根据变频器显示的故障提示，判断故障部位 。检修时，应先仔细阅读变频器说明书，了解其检修注意事项。o不要贸然通电，通过眼观、手摸、鼻嗅等先做必要的安全检查，以 免引发新的故障。 o（1）检查快熔FU是否烧断；o（2）检查线路板上元件引线间有无碰锡、碰线或细金属落在二线 间；o（3）检查电容器、整流桥、逆变桥、集成电路等元件有无明显烧 坏的痕迹；o（4）检查线路板上是否有水滴（尤其在潮湿环境中使用的变频器 ）；o（5）检查线路板上是否有灰尘。变频器的测量o静态测试o测试整流电路o找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档， 红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值 ，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T， 有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都 应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A. 阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无 穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。o测试逆变电路o将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻 值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端， 重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障o对于IGBT模块，最简单的测量方法（专业不是这样测量）用指针万 用表电阻10k档表棒去触发GwEw（黑笔碰Gw，红笔碰Ew）则P到 W可导通。当Gw Ew短路，P到W则关闭，其它各管引脚同理。 o动态测试o在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试 机。在上电前后必须注意以下几点：o上电之前，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（炸电容、压敏电阻、模 块等）。o检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动， 连接异常有时可能导致变频器出现故障，严重时会出现炸 机等情况。o上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。o如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归 后，进行空载(不接电机)情况下启动变频器，并测试U、 V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况 ，则模块或驱动板等有故障。o在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测 试。测试时，最好是满负载测试。变频器的故障与分析o变频器故障分类：根据变频器发生故障或损坏的特征，一般可分 为两类；o一种是在运行中频繁出现的自动停机现象，并伴随着一定的故障 显示代码，其处理措施可根据随机说明书上提供的指导方法，进 行处理和解决。这类故障一般是由于变频器运行参数设定不合适 ，或外部工况、条件不满足变频器使用要求所产生的一种保护动 作现象； o另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿 引起的绝缘降低或击穿等突发故障（严重时，会出现打火、爆炸 等异常现象）。这类故障发生后 ，一般会使变频器无任何显示， 其处理方法是先对变频器解体检查，重点查找损坏件，根据故障 发生区，进行清理、测量、更换，然后全面测试，再恢复系统， 空载试运行，再加载运行，达到解决故障的目的。o如果从故障部位来看又可分为：o主电路故障o 整流块故障o 充电电阻o 逆变器模块故障o辅助控制电路故障o 驱动电路故障o 开关电源损坏o 反馈、检测电路故障o主电路故障 根据对变频器实际故障发生次数和停机时间 统计，主电路的故障率占60%以上；运 行参 数设定不当，导致的故障占20%左右；控制 电路板出现的故障占15%；操作失误和外部 异常引起的故障占5%。从故障程度和处理困 难性统计，此类故障发生必 然造成元器件的 损坏和报废。是变频器维修费用的主要消耗 部分。 例1o故障现象o某变频器系统停电检修上，待检修完毕送电时，发 现变频器主控制板PCB上的充电电信号灯不亮，测 量变频器无输出电压。o故障检查o开始怀疑是PCB板损坏，为此换一块新的上去，开机 后故障依旧。检查PCB连接线路，发现其电源是从变 频主回路的直流母排上取出的，而直流电压是通过三 相整流桥获得的，其主回路如图所示。此变频器内配 380/220V三相电源变压器，即R、S、T间的线电压 为220V。交流接触器K的220V线圈电压是通过PBC 板上的触点（微型继电器KM）控制的。通电后，用万 用表直流电压档测量，电容C两端直流电压很低，约 4.5V至12V间振荡变化，始终建立不起高的直流电压 ，而主回路触点K断开其左侧整流电压很高，约为 320V。洞察一切触点K上并联的一大功率水泥电阻R ，型号为40F68K（68,40W）。将其拆下，测量 其阻值已达100K以上，仔细观察该电阻表面发现有 多处细长裂纹，判定其已损坏。o故障分析：o正常情况下，三相交流电经整流后通过R给C充电。R 的参数要选取合适，以获得恰当的电压、电流上升率 ，否则，可能损坏整流桥电路等。当充电电压达到一 定值后，PCB因内部形状电源起动，开始工作，使 PCB上的KM吸合，K闭合将R短接，变频器进入正常 的整流逆变工作过程，当主回路充电时间常数非常大 ，而放电回路充电时间常数非常小，使C上的直流电压 建立不起来，PCB就不能工作。这样看似PCB问题， 实为主回路上的故障。o故障处理：o市面无此型号大功率电阻，功率最大仅有10W270 ，为尽快恢复生产，将4只10W270电阻并联后使用 ，上机送电，则PCB板上的译电信号灯亮，K吸合，变 频器输出正常。 例2o逆变器模块烧坏 中、小型变频器现在一般使用三组IGBT；大容量 的机种均采用多 组IGBT并联，故测量检查时应 分别逐一进行检测。IGBT的损坏也可引起变频器 OC 保护功能动作。逆变器模块的损坏原因很多: 如输出负载发生 短路；负载过大，大电流持续运 行；负载波动很大，导致浪涌电流过大；冷却风 扇效果差，致使模块温度过高，导致模块烧坏、 性能变差、参数变化等问题，引 起逆变器输出异 常。 例3o一台FRN22G11S-4CX变频器，输出电压三 相差为106V，解体在线检查逆变模块（ 6MBP100RS-120）外观，没发现异常，测 量6路驱动电路也没发现故障，将逆变模块拆 下测量发现有一组模块不能正常导通该模块 参数变化很大（与其它两组比较）更换之后 ，通电运行正常。 例4o故障现象：一台安川616G5-55KW变频器，刚开始是 变频器能通电、有显示，无输出，经拆下前盖检查发 现：有一个快熔断了（三相各有一个快熔），维修人 员可能是没有经验，也没有检查模块是否有问题，当 时没有快熔备件，又一时找不到其他快熔代替，就用 一条铜线代替，开机后发出一声巨响。两个模块炸裂 ，吸收回路坏，驱动板坏并无法维修，需要换新