變頻器的維護和檢修

1 引言

　　隨著工業自動化的發展，變頻器的運用越來越廣泛，隨之而來的維護和檢修問題也就不可避免。變頻器的維護和檢修問題當然離不開其組成結構和工作原理，對于現在大多數變頻器都是間接方式變頻工作的交-直-交工作方式，對于實際用量少的其他類變頻方式這里不做介紹。

　　圖1是交-直-交變頻器的工作原理框圖：

圖1 交-直-交變頻器工作原理框圖

　　從原理和結構上容易看出它是由大功率電子元器件和幾塊不同功能的電路板組構成，既然有電路板、大功率元件就需要對散熱方式和運行環境提出要求。

2 變頻器維護要點

　　對于變頻器裝置要求：環境溫度-15℃至50℃、環境濕度5%至85%、振動幅值不大1mm、振動加速度不大于7m/s2、輸入電源電壓偏差±10%、輸入電源頻率±5hz、變頻轉換效率98%。清灰、維護周期根據環境條件應在6~12月進行必須一次，吹灰要求順著風道方向進行；冷卻風機軸承運行50000小時必須更換，以防突然損壞產生更大損失；變頻器整機備件儲備時間一年以上，由于大容量電解電容長時間不用自放電嚴重，不能立即給定額定電壓，否則會產生電容爆炸，應先給定50%的額定電壓運行2小時后，再加到額定電壓運行。變頻器整機備件儲備時間超過二年以上，應先給定25%的額定電壓運行2小時，增加到50%額定電壓運行2小時，再增加到75%的額定電壓運行2小時，最后增加到全部額定電壓運行；變頻器所帶負荷容量不應小于變頻器額定負荷容量的六分之一，有利于穩定運行。

　　變頻器由于大功率電子元件較多，在運行中由于種種原因，經常損壞的有：igbt模塊、直流母線濾波電解電容、整流橋等。經驗表明：通常在同一品牌同一系列同規格中，各種同功能電路板可以通用互換，也就是說變頻器內部易損元件儲備時，可以只儲備同一規格（不同型號）中容量最大一種型號的易損器件，基本可以應對突發事件，這樣做可以減少元件的儲備種類，大大降低庫存資金。

3 變頻器檢修思路

多數交-直-交變頻基本原理圖如圖2：

　　從圖2分析出交-直-交變頻基本原理：首先將三相交流電濾波后通過橋式整流電路轉換成直流電，濾波后將直流電由橋式逆變電路轉換成不同頻率的三相交流電輸出。

圖2 交-直-交變頻基本原理圖

　　3.1 確定變頻器的故障范圍

　　在實際經驗檢修中，一般在沒有變頻器電路原理圖情況下，變頻器多由主電路電力電子元件的損壞造成。對于主回路部分首先應判斷故障范圍，給變頻器上電，測量直流母線電壓值是否等于輸入電壓有效值的1.35倍。若電壓正常可分判斷逆變部分故障，否則可能是整流功率元件、預充電回路或濾波電容等元件損壞。

　　對于少數內部有接觸器的變頻器，接觸器是直流母線預充電部分，其啟動是由變頻器上電后，自檢測無故障報警信號和給定“啟動”信號后才啟動接觸器。接觸器如果不啟動沒有直流母線電壓，就無法判斷故障范圍。首先，模擬給定逆變部分“無故障”反饋信號和外部啟動信號，人為讓接觸器吸合，可測量到直流母線電壓，根據直流電壓大小判斷故障范圍，方法同上。注意啟動預充電接觸器前，給定的信號有時是脈沖觸發信號而不是電平信號。

　　3.2 整流單元靜態檢測

　　判斷整流部分某個功率元件損壞方法是利用整流元件的單向導電性，在靜態下正、反阻值正常時應不同，具體方法如下：

　　整流部分的三相橋式整流電路可能是二極管整流、可控硅半控整流、可控硅全控整流或是igbt整流。不管是哪種方式，三相整流電路是對稱的，則靜態測試阻值結果應符合對稱原則，即在靜態下三相輸入或輸出端相對直流母線正、負極正反測試值應是對稱的。選擇萬用表的“二極管”檔。

　　(1)第一步，將紅表筆接直流母線正極，黑表筆分別接電源輸入三相接線端處，3個測試值應該是相同的。再反過來，將黑表筆接直流母線正極，紅表筆分別接輸入電源三相接線處，3個測試值也應該是相同的。若采用二極管整流橋進行整流導通時萬用表顯示0.4~0.6v，反向截止時顯示無窮大。如果三相測量值偏差較大，或是某相正反測量值相近或相同，則此二極管元件損壞。對于預充電回路設計在整流橋后的，通過上述操作可以判斷整流橋正半周3個整流元件的好壞。

　　(2)第二步，將紅表筆接直流母線負極，黑表筆分別接輸入電源三相接線處，3個測試值應該是相同的。再反過來，將黑表筆接直流母線負極，紅表筆分別接輸入電源三相接線處，3個測試值也應該是相同的，對于預充電回路設計在整流橋后的，這樣操作就可同樣判斷整流橋負半周3個整流元件的好壞（對于12脈波整流橋測試方法同上）。

　　注意：對于預充電回路設計在整流回路之前的，是采用可控硅半控或全控橋整流，測試結果應有一相與其他兩相正反電阻測試值不相同，也就是說有一相實際是測試的二極管預充電回路的電阻值。
3.3 逆變單元靜態檢測

　　對于6脈波觸發的三相逆變橋原理也是利用每個逆變igbt模塊內都并聯一個續流二極管，靜態下存在單向導電性，測量方法同整流橋檢測方法相同，就是直流母線正、負極對三相輸出點的測試值進行比較，應三相測試值相同。元件單相導通時萬用表顯示0.3~0.4v，反向截止時顯示無窮大。主回路短路故障也有可能是保護功率元件的壓敏電阻異常所致，造成經常損壞功率元件。

　　3.4 控制電路檢測

　　控制電路的檢測方法以acs800-04為例，變頻器加電后觀察aint主板上信號燈v204亮綠燈表示＋5v正常、v309亮紅燈表示防誤起保護處于on狀態、v310亮綠燈表示igbt門極驅動正常，rmio外部信號接口板上紅燈亮表示故障、綠燈亮表示電源＋24v正常。最后用示波器檢測每個功率元件的觸發極是否有觸發信號，一般正常有5v電壓觸發。沒有信號燈的電路板（rint主電路接口板、rrfc濾波板、rvar壓敏電阻板等）可以靜態測試可能損壞元件的阻值，進行粗略判斷，也不防換塊同型號電路板試試。通常情況下，控制板上應該是綠燈正常，亮紅燈表示有故障。

　　3.5 常見故障檢測

　　控制電路常出現故障較多的是電源板，檢查其輸出應有+24v、+5v、±15v或±12v等電源，若某相電壓不正常應仔細檢查其供電負載和電源板本身；若出現“過流報警”信號應檢查igbt模塊或電流傳感器部分。霍爾電流傳感器電源一般是雙電源供電，其輸出是0～10v或4～20am標準信號，隨負載電流變化而變化；若有“高溫報警”通常是風機故障或測溫元件損壞，測溫元件一般安裝在散熱器上或內置于igbt模塊中，其通常采用負溫度系數（ntc）電阻，常溫靜態下測試時承高阻值；若出現“直流母線過壓”信號應檢查電源電壓、電壓互感器和制動斬波器部分，因負載工作不穩定時常發生；有的變頻器內部工作的直流電源有兩路，一路由輸入電壓降壓整流產生，另一路是采樣直流母線電壓經串電阻降壓或直流斬波得到。

4 安全注意事項

　　檢修作業前應注意安全，最好有專人監護，確保人身、設備安全，不要人為將故障擴大。切忌將變頻器的輸入輸出端接反，否則直接損壞變頻器；在檢修過程中注意變頻器停電后直流母線上會有高壓，應等待5分鐘以上，方可觸摸，或者人為對電容放電，按電容放電標準安全作業，放完電后方可繼續作業；變頻器在通電待機狀態下或已啟動在給定零轉速狀態下，其輸出端三相對地都有直流200v左右高壓，請注意人身安全；在對控制板檢測時最好不要用手觸摸板上集成芯片的管腳，以防靜電損壞集成芯片，造成不必要的損失。

5 結束語

　　按要求維護變頻器可以大大延長其使用壽命，減少故障率。檢修變頻器在保證安全的前期下進行，按照常規診斷電氣故障的方法，首先判斷故障范圍，遵守先查主電路部分，后查控制電路部分的原則。通過學習掌握各種變頻器的工作原理，對實際經驗檢修會帶來很大的幫助。