交流变频器故障及维修保养探讨
时间：2023-01-25 12:20:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
陈江波
（中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，西安 710089）
在科学技术日新月异的背景下，工业生产的自动化水平明显提升，变频器控制是实现自动化控制的基础，近些年我国变频器技术在发展中持续完善，越来越多的工业企业将这种设备用于现场生产中。虽然变频器自身的检测保护功能较完善，但是具体生产实践中，可能因部分人员没有规范操作变频器、没有定期维护等，还是会导致变频器出现故障问题。对于工业企业而言，变频器是一种高投资设备，如果实际使用中能做好故障预测、评估及维修工作，完善常规保养，则能显著降低故障发生率，确保现场生产的连续性，帮助企业创造更多的经济效益。
交流变频器实质上就是一个逆变器设备，其先把交流电转变成直流电，随后运用电子元件对直流电进行开关动作，使其转变成交流电。通常功率偏大的交流变频器运用了可控硅，且布置一个可调频率的装置，借此方式使频率在一定范围内可以调控，用于控制电机的转速，这样转速在一定范围内也是可调节的。交流变频器的优点包括：①调速过程平滑。②调速范围相对较大。③调速效率较高，能耗较低。④启动电流较小。⑤运行过程平稳可靠。⑥节能效果显著。
2.1 变频控制柜安装部位引发的故障
2.1.1 故障现象及成因
变频器使用期间有规律地调整电源频率、电流及电压进而控制电气设备，因为以上指标发生变动时，变频柜周边的磁场也会出现一定改变，给周边的电气设备，尤其是电流电压检测设备及控制回路带来电磁干扰的问题，形成的影响较大。若其周边还安装了变频控制设备，则不利于装置的常态化运作，很可能引起各种电气故障问题，包括指示灯异常闪烁，装置误动作，部分情景下会烧损部分控制元器件。以上这些故障点出现在大型关键设备上的概率较高。
2.1.2 故障处理方法
（1）选定在适宜位置安装变频柜，严禁和控制柜并排安装，若现场安装空间受限，则一定要维持超过1 m以上的间距，确保干扰源不对控制设备运行状态产生负面影响。
（2）针对输入设备的电源电流要进行隔离处理，严禁出现信号电缆和动力电缆共用电缆桥架的情况，电缆现场敷设完以后必须覆盖上桥架盖板进行隔离，确保磁场不会形成回路，生成感应电流。
（3）加强可靠性保证，即全部电气设备均要进行工作接地和保护接地处理。
（4）为电缆配置运用专用型变频电力电缆，控制电缆则运用屏蔽电缆，力争将影响源给电缆带来的干扰程度降到最低。
（5）若运用以上办法后依然存在着一些电磁干扰，则可以尝试运用如下方法处置：其一是把控制灯及按钮调换成防电磁干扰的指示灯以及有关元器件；
其二是于既有元器件上并联适量适宜的电容，利用其消解掉电磁干扰生成的冗余电能。
2.2 外部设备故障导致的变频器报警
和变频器衔接的设备或外部检测装置运转状态欠佳，或者突发故障异常时容易使变频器出现报警、跳车等情况。
（1）供给电源质量不达标造成装置报警，比如电压水平过低，缺相，频率极度无规则，形成谐波等。
（2）控制线路电压级别不正确，控制信号形式有错误及通信线路信号出现中断。
面对以上故障，技术人员可以采用如下处理方法。
（1）当存在供电电源质量不合格的故障问题时，变频器显示板上通常会呈现出故障代码，处理这种故障问题常规方法通常是检查线路运行情况，判断其是否存在异常状况，若按照相关规程处理线路后无法消除故障，则只能通过优化电源质量的形式再行处理，比如增设无功补偿或隔离变压器去消除电源谐波。
（2）检查变频器电路，依照准确电压级别提取电压电流信号，比如电位器的电压信号为5 V或者24 V，输送至变频器内的是电压信号或电流信号；
拧紧全部控制电缆的接线端子及通信控制线插接头，以防因局部接触不良而造成信号失真。
（3）通过试验检测控制系统的启动形式，确定是远程控制还是就地控制，结合现场实际工况布置适宜的驱动模式。
2.3 变频器内部问题带来的故障问题
2.3.1 主板温度过高及处置办法
ⅠGBT温度高实质上就是主板构件温度高，成因主要是运行环境温度过高或ⅠGBT的实际散热量过大，热量发散效率偏低，经过一段时间后就会造成局部温度过高。理论上，需要把变频器的ⅠGBT运行温度调控在90℃之下。
针对以上情况，可以运用的处置办法主要有以下几种。
（1）检测运行环境温度：变频器现场运行环境温度应被调控在40℃内，长时间高温会增加变频器运行故障发生率，缩短其使用寿命。
（2）检测并确保设备的通风量适宜，风扇整体运行状态良好。
（3）检查并判断设备电机功率是否高于变频器额定功率，如果其明显大于额定功率则要尽早调整变频器的容量，提升其与设备容量之间的匹配度。
（4）很多变频器设备使用年限较为长久，内部空间内严重积灰，可能成为主板温度过高的诱因，设备使用单位要定时对变频器内部进行清灰处理。
2.3.2 电机温度高及处置办法
导致电机运行过程中温度过高的原因除了设备自身因素之外，与变频器相关的主要为电机过载情况，电机功率过低或冷却设施运行不力，实际散热效率偏低。也可能是因变频启动参数不合理导致的，降压启动时间过于长久，启动电流在较长时间内维持在较高水平上，均会引起电机温度过高的情况。
针对这种故障可以采用如下方法处理：试验检测电机通风状态，若能确定通风良好，则要按照技术规范逐一检查变频器运行参数是否精准无误，尤其是判断启动时间是否符合规定要求。
2.3.3 变频器启动故障预警及解决方法
开启变频器环节时发现故障灯不停闪烁，瞬间没有跳车动作，面对以上这种情况要仔细检查设备运行参数，判断参数是否准确及布置情况是否符合装置的现场启动条件。对故障采用复位措施以后，如果依然存在故障信号，则要考虑变频器本体的质量有问题，技术人员要及时联系设备售后服务进行专业咨询以尽早解除故障。
2.3.4 变频器启动或运行时跳车及解决措施
启动变频器设备发出报警信号或运行过程中报警。针对以上故障现象，技术人员先查看故障代码，和设备技术说明书内容对比分析，依照故障代码内容处置故障，以上这种状况多是由于电机启动电流偏大或电机运行过程中电压水平偏低或失稳导致的。
（1）电机启动电流偏大：出现这种状况时，技术人员要先检测变频器功率容量与电机运行参数是否存在异常，试验检测变频器启动电流是否是额定电流的3～5倍；
电力电缆以及电机绝缘是否均处于良好状态。若变频器现场安装环境温度大于40℃时，变频器一定要做到降容应用。
（2）电机运转过程中电压水平偏低或失稳原因主要有2个，其一是设备自身功率偏大或输送线路较长，以致启动设备环节中电网电压明显下跌，无法达到设备运行允许电压水平，以致变频器发生跳车情况。处置这种故障时通常是检查判断装置功率容量是否适宜，若确定其是适宜的，则要检测设备运行启动时间是否过于短暂，如果设备在未抵达设计转速时就全压启动，便会导致大功率装置启动操作造成电网电压水平下降。
（3）中间电路直流电压偏高，造成中间直流电压水平偏高，以上这种故障时常发生在冶金炉体、水泵等大功率设备启动、停车环节中。其具体成因主要包括如下几点：一是过电压保护控制器工作异常；
二是制动斩波器或制动电阻动作异常或电阻不运作；
三是没有精准设置减速时间长度。针对这种故障问题，可以尝试运用如下方法处理：①检测过电压保护器是否常态化运作，主要判断是否能稳定输出电压，若输出过程波动程度较大则要尽早更换新的过电压保护器；
②检测制动电阻或斩波器各自的完好性，明确制动器是否能正常启闭，若其工作异常很容易引起这种故障问题；
③测量制动减速时长，若和机械制动时间相比，减速时间偏短则会导致中间电路直流电压值攀升，若相比之下减速时间较长则会造成制动电阻或变频器制动单元明显发热。
2.3.5 带载试车环节变频器故障跳车及解决
设备载重因素，若设备长时间处于大负荷运行状态下，导致启动电流值偏大或启动时间明显延长设置超限，例如，炉体驱动系统带炉体运转过程中，由于炉体自身为不规则体，若在冷态工况中，炉体发生偏心状况的风险会相应增加，启动环节会因此形成炉体过力矩或过流状况。为解决以上情况可以通过机械配重的形式调整重心，或修改变频器部分运行参数以使其运转至正常部位。这类故障多发生在炉体停炉检查维修工作中。
2.3.6 缺相故障报警与解决措施
引起这种故障的因素有电机部分运行参数异常、电力线路局部出现绝缘破损或断开状况、电源质量不合格或整流逆变电源模块有故障缺陷，输出电压不准确。
故障处理时可采用如下方法：测试检查电机设备参数是否存在异常，电缆绝缘状态是否良好及通断状况，检测逆变模块是否能准确输出电压。
2.3.7 变频器报接地故障及处置处理办法
处理这种故障时技术人员应先检测检验电机运行参数是否有异常，配合应用绝缘摇表检测绝缘整体状态，直流电阻测试仪检测直流电阻。若执行以上检测项目后能确定电机与电缆均无异常问题，则要按照技术规范逐一检测变频器内元器件使用性能，及时清除内部灰尘，确保设备内部环境干燥、洁净。
2.3.8 变频器不同步故障及处置
本文所提及的“不同步”特指2台变频器驱动1台设备的状况，比如对于主厂房内的大型冶金行车，其是由2台电机驱动主钩实现生产运行的，若电机实际运转时间或转速不同步，则就会引起这种故障。处理这种故障时，要先检查是否准确设置了电机及变频器内部参数，2台变频器运行参数设计值要保持一致；
检测电机抱闸系统是否能常态化运作；
若抱闸不开启或启闭动作不同步也会诱发这种故障；
检查电机运行参数并判断其是否和技术标准保持一致，尤其是编码器参数信息，若经比较发现其和设计值之间有很大偏差，则要继续检查编码器能否正常运转。
3.1 记录运行数据、故障发生情况
工业实际生产中可以支配专人每天详细记录变频器设备的输出频率、输出电压电流及散热器温度等参数信息，将其和说明书上标定数据进行比较，及时发现故障隐患因素，及时将其消除在萌芽中。如果设备运行过程中已经发生了故障，工作人员要准确记录呈现出的故障代码信息及故障发生时变频器的具体运行工况，为后期维修技术人员分析、排查及解除故障提供可靠的信息支持。
3.2 日常维护检查
日常维护检查，即在变频器现场生产过程中或在不拆除设备盖板等配套设施的工况下，工作人员对设备进行通电和启动试验，有效监测变频器的实际运转状况，借此方式排查各种反常状况。日常检查的内容主要包括键盘面板显示是否正常，仪表指示是否准确无误；
冷却风扇是否正常运转；
变频器周边空气相对湿度和气温是否适宜；
控制系统是否出现严重积灰情况；
电源开关是否发生缺相；
电动机运行状态是否存在异常；
工作电压以及散热温度是否异常等。
3.3 定时进行保养
工业生产实践中，要结合变压器的现场运行环境及自身负载特征，编制出最为科学、合理的检修周期与制度。在经历使用周期以后，对变频器进行解体、检查、测量等整体化维护一次，力争在早期就排查到故障隐患因素，及时排除，具体操作方法如下。
（1）指派专员定时全面检查、维护变频器设备，特殊情况下可以对整流、逆变模块等进行解体、检测、度量、除尘及拧紧处置。
（2）定时清理变频器内粉尘、油及腐蚀杂质等。这种清灰保养主要是处理变频器内与风路内的积灰等污物。运用电子清洁剂喷洗主要印制板构件，剔除板面的老化层及导电介质。
（3）变频器的定期清理。处理构件以主控板、驱动板和开关电源板等为主，经济条件允许时尽量选用全新品进口，及时去除表面老化层及导电机制；
运用先进的加膜技术处置变频器的主要控制部分，发挥防尘、防老化、防水和防腐等作用。
（4）针对输入/输出端、直流电容、快熔、整流及逆变模块等进行整体检查，主要运行参数测试分析，及时更换局部烧损或参数波动较大的元器件。
（5）时常检查电源电压指标的变动情况。有针对性地优化变频器的现场应用环境，及时解除负载变动大的状况，以防大电流给变频器运行可靠性造成较大温度冲击。
（6）当下国内通用型“交-直-交”变频器工作原理的首个步骤是把工频市电整流成为直流电，将电能供应给逆变单元，以上过程中需要使用到大容量的平波电容。当下这种大容量电容大部分是运用铝电解电容，环境温度、运用条件和脉动电流指标均会对铝电解电容使用寿命产生一定影响。若工业企业引进的变频器组装了直流电抗器，那么整流环节的脉动电流偏低，于普通环境下运用时，铝电解电容的使用年限能达10年左右，和变频器的寿命相当，此时不必考虑更换主平波电容的问题。但如果变压器设备现场使用环境温度偏高时，或未配置无直流电抗器，那么会导致铝电解电容的安全使用寿命明显短缩，需要每隔3～5年更换一次。
（7）建议设定定期检查的时间是每年不少于1次。
本文列举阐述的交流变频器故障均是设备实际生产中的常见故障类型，对于新发故障笔者所在维修技术团队也能及时抵达，但处理时间偏长，同时要经历3～4 h，主要是因为分析判定故障原因需要耗用较长时间，后续重复出现时可能在30 min内即可处理完成。希望通过分析归纳出的变频器故障处理办法、维护保养措施等，为后期维修施工效率的提升有所帮助。
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