變頻器維修

過電流保護(hù)在變頻器維修中,過電流保護(hù)的對象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了變頻器的容許值的情形.由于逆變器的過載能力較差,所以變頻器的過電流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán),迄今為止,已發(fā)展得十分完善.一、過電流的原因1、工作中過電流即拖動系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流.其原因大致來自以下幾方面:① 電動機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載,或傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象,引起電動機(jī)電流的突然增加.② 變頻器的輸出側(cè)短路,如輸出端到電動機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路,或電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等.③ 變頻器自身工作的不正常,如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在不斷交替的工作過程中出現(xiàn)異常。例如由于環(huán)境溫度過高，或逆變器件本身老化等原因，使逆變器件的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替過程中，一個器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個器件卻還未來得及關(guān)斷，引起同一個橋臂的上、下兩個器件的“直通”，使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路狀態(tài)。2、升速時過電流 當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時間又設(shè)定得太短時，意味著在升速過程中，變頻器的工作效率上升太快，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大。3、降速中的過電流 當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而降速時間設(shè)定得太短時，也會引起過電流。因為，降速時間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這時同樣可以是轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過電流。二、處理方法1、 起動時一升速就跳閘，這是過電流十分嚴(yán)重的現(xiàn)象，主要檢查① 工作機(jī)械有沒有卡住② 負(fù)載側(cè)有沒有短路，用兆歐表檢查對地有沒有短路③ 變頻器功率模塊有沒有損壞④ 電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來2、 起動時不馬上跳閘，而在運行過程中跳閘，主要檢查① 升速時間設(shè)定太短，加長加速時間② 減速時間設(shè)定太短，加長減速時間③ 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(U/F比)設(shè)定太大，引起低頻時空載電流過大④ 電子熱繼電器整定不當(dāng)，動作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動作[2]電壓保護(hù)1、 過電壓保護(hù)產(chǎn)生過電壓的原因及處理方法：① 電源電壓太高② 降速時間太短③ 降速過程中，再生制動的放電單元工作不理想，來不及放電，請增加外接制動電阻和制動單元④ 請檢查放電回路有沒有發(fā)生故障，實際并不放電；對于小功率的變頻器很有放電電阻損壞2、 欠電壓保護(hù)產(chǎn)生欠電壓的原因及處理方法：① 電源電壓太低② 電源缺相；③ 整流橋故障：如果六個整流二極管中有部分因損壞而短路，整流后的電壓將下降，對于整流器件和晶閘管的損壞，應(yīng)注意檢查，及時更換。[3]逆變器件的介紹：1.SCR和GTO晶閘管⑴普通晶閘管SCR 曾稱可控硅，它有三個極：陽極，陰極和門極。SCR的工作特點是，當(dāng)在門極與陰極間加一個不大的正向電壓（G為+，K為—）時，SCR即導(dǎo)通，負(fù)載Rl中就有電流流過。導(dǎo)通后，即使取消門極電壓，SCR仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。只有當(dāng)陽極電路的電壓為0或負(fù)值時，SCR才關(guān)斷。所以，只需要用一個脈沖信號，就可以控制其導(dǎo)通了，故它常用于可控整流。作為一種無觸點的半導(dǎo)體開關(guān)器件，其允許反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷的次數(shù)幾乎是無限的，并且導(dǎo)通的控制也十分方便。這是一般的“通-斷開關(guān)”所望塵莫及的，從而使實現(xiàn)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速取得了突破。但由于變頻器的逆變電路是在直流電壓下工作的，而SCR在直流電壓下又不能自行關(guān)斷，因此，要實現(xiàn)逆變，還必須增加輔助器件和相應(yīng)的電路來幫助它關(guān)斷。所以，盡管當(dāng)時的變頻調(diào)速裝置在個別領(lǐng)域（如風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載）已經(jīng)能夠?qū)嵱?，但未能進(jìn)入大范圍的普及應(yīng)用階段。⑵門極關(guān)斷（GTO）晶閘管 SCR在一段時間內(nèi)，幾乎是能夠承受高電壓和大電流的唯一半導(dǎo)體器件。因此，針對SCR的缺點，人們很自然地把努力方向引向了如何使晶閘管具有關(guān)斷能力這一點上，并因此而開發(fā)出了門極關(guān)斷晶閘管。GTO晶閘管的基本結(jié)構(gòu)和SCR類似，它的三個極也是：陽極（A）、陰極（K）和門極（G）。其圖行符號也和SCR相似，只是在門極上加一短線，以示區(qū)別。GTO晶閘管的基本電路和工作特點是：①在門極G上加正電壓或正脈沖（開關(guān)S和至位置1）GTO晶閘管即導(dǎo)通。其后，即使撤消控制信號（開關(guān)回到位置0），GTO晶閘管仍保持導(dǎo)通?？梢?，GTO晶閘管的導(dǎo)通過程和SCR的導(dǎo)通過程完全相同。②如在G、K間加入反向電壓或較強(qiáng)的反向脈沖（開關(guān)和至位置2），可使GTO晶閘管關(guān)斷。　用GTO晶閘管作為逆變器件取得了較為滿意的結(jié)果，但其關(guān)斷控制較易失敗，故仍較復(fù)雜，工作頻率也不夠高。而幾乎是與此同時，大功率管（GTR）迅速發(fā)展了起來，使GTO晶閘管相形見絀。因此，在大量的中小容量變頻器中，GTO晶閘管已基本不用。但其工作電流大，故在大容量變頻器中，仍居主要地位。逆變器件的介紹：上次我們向大家介紹了普通晶閘管（SCR）和門極關(guān)斷晶閘管（GTO），最重要是讓大家了解變頻器中逆變器件是如何工作的，它們起到什么作用！接下來我們講：大功率晶體管（GTR）-大功率晶體管，也叫雙極結(jié)型晶體管（BJT）。1、 變頻器用的GTR一般都是達(dá)林頓晶體管（復(fù)合管）模塊，其內(nèi)部有三個極分別是集電極C、發(fā)射極E和基極B。根據(jù)變頻器的工作特點，在晶體管旁還并聯(lián)了一個反向連接的續(xù)流二極管。又根據(jù)逆變橋的特點，常做成雙管模塊，甚至可以做成6管模塊。2、 工作時狀態(tài) 和普通晶體管一樣，GTR也是一種放大器件，具有三種基本的工作狀態(tài)：⑴放大狀態(tài) 起基本工作特點是集電極電流Ic的大小隨基極電流Ib而變　 Ic=βIb 　式中β------GTR的電流放大倍數(shù)。GTR處于放大狀態(tài)時，其耗散功率Pc較大。設(shè)Uc=200V，Rc=10Ω，β=50，Ib=200mA（0.2A）　計算如下：Ic= βIb=50*0.2A=10A 　 Uce=Uc-IcRc=(200-10*10)V=100V 　 Pc=UceIc=100*10W=1000W=1KW ?、骑柡蜖顟B(tài) Ib增大時，Ic隨之而增大的狀態(tài)要受到歐姆定律的制約。當(dāng)　βIb>Uc/Rc　 時，Ic=βIb的關(guān)系便不能再維持了，這時，GTR開始進(jìn)入“飽和"狀態(tài)。而當(dāng)　Ic的大小幾乎完全由歐姆定律決定，即 Ics≈Uc/Rc 　時，GTR便處于深度飽和狀態(tài)（Ics 為飽和電流）。這時，GTR的飽和壓降Uces約 為1-5V。GTR處于飽和狀態(tài)時的功耗是很小的。上例中，設(shè)Uces=2V，則　 Ics=Uc/Rc=200/10A=20A 　 Pc=UcesIcs=2*20W=40W可見，與放大狀態(tài)相比，相差甚遠(yuǎn)。⑶截止?fàn)顟B(tài) 即關(guān)斷狀態(tài)。這是基極電流Ib≤0的結(jié)果。在截止?fàn)顟B(tài)，GTR只有很微弱的漏電流流過，因此，其功耗是微不足道的。GTR在逆變電路中是用來作為開關(guān)器件的，工作過程中，總是在飽和狀態(tài)間進(jìn)行交替。所以，逆變用的GTR的額定功耗通常是很小的。而如上述，如果GTR處于放大狀態(tài)，其功耗將增大達(dá)百北以上。所以，逆變電路中的GTR是不允許在放大狀態(tài)下小作停留的。3.主要參數(shù)⑴在截止?fàn)顟B(tài)時①擊穿電壓Uceo和Ucex：能使集電極C和發(fā)射極E之間擊穿的最小電壓?；鶚OB開路是用　Uceo表示，B、E間接入反向偏壓時用Ucex 表示。在大多數(shù)情況下，這兩個數(shù)據(jù)是相等的。②漏電流Iceo 和 Icex：截止?fàn)顟B(tài)下，從C極流向E極的電流。B極開路時為 Iceo，B、E間反偏時為 Icex。⑵在飽和狀態(tài)時① 集電極最大電流Icm：GTR飽和導(dǎo)通是的最大允許電流。② 飽和壓降Uces：當(dāng)GTR飽和導(dǎo)通時，C、E間的電壓降。⑶在開關(guān)過程中① 開通時間Ton：從B極通入正向信號電流時起，到集電極電流上升到0.9 Ics 所需要的時間。② 關(guān)斷時間Toff：從基極電流撤消時起，至Ic下降至0.1 Ics 所需的時間開通時間和關(guān)斷時間將直接影響到SPWM調(diào)制是的載波頻率。通常，使用GTR做逆變管時的載波頻率底于2KHz。4.變頻器用GTR的選用⑴Uceo 通常按電源線電壓U峰值的2倍來選擇。Uceo≥2廠2U 　在電源電壓為380V的變頻器中，應(yīng)有 Uceo≥2廠2U*380V=1074.8V，故選用 Uceo=1200V的GTR是適宜的。⑵Icm 按額定電流In峰值的2倍來選擇　 Icm≥2廠2 In 　 GTR是用電流信號進(jìn)行驅(qū)動的，所需驅(qū)動功率較大，故基極驅(qū)動系統(tǒng)比較復(fù)雜，并使工作頻率難以提高，這是其不足之處。 今天我告訴大家的是MOSFET以及IGBT1、 功率場效應(yīng)晶體管（POWER MOSFET） 它的3個極分別是源極S、漏極D和柵極G其工作特點是，G、S間的控制信號是電壓信號Ugs。改變Ugs的大小，主電路的漏極電流Id也跟著改變。由于G、S間的輸入阻抗很大，故控制電流幾乎為0，所需驅(qū)動功率很小。和GTR相比，其驅(qū)動系統(tǒng)比較簡單，工作頻率也比較高。此外，MOSFET還具有熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大 等優(yōu)點。但是，功率場效應(yīng)晶體管在提高擊穿電壓和增大電流方面進(jìn)展較慢，故在變頻器中的應(yīng)用尚不能居主導(dǎo)地位。2、 絕緣柵雙極晶體管（IGBT） IGBT是MOSFET和GTR相結(jié)合的產(chǎn)物，是柵極為絕緣柵結(jié)構(gòu)（MOS結(jié)構(gòu)）的晶體管，它的三個極分別是集電極C、發(fā)射極E和柵極G。工作特點是，控制部分與場效應(yīng)晶體管相同，控制信號為電壓信號Uge,輸入阻抗很高，柵極電流I≈0，故驅(qū)動功率很小。而起主電路部分則與GTR相同，工作電流為集電極電流I。至今，IGBT的擊穿電壓也已做到1200V，集電極最大飽和電流已超過1500A，由IGBT作為逆變器件的變頻器容量已達(dá)到250KVA以上。此外，其工作頻率可達(dá)20KHZ。由IGBT作為逆變器件的變頻器的載波頻率一般都在10KHZ以上，故電動機(jī)的電源波形比較平滑，基本無電磁噪聲。在新系列的中小容量變頻器中，IGBT已處于絕對優(yōu)勢的地位！市場出現(xiàn)智能性模塊，模塊中包含了過電流、過電壓、低電壓、過熱等保護(hù)，我也相信在今后的發(fā)展中能和大家一起學(xué)習(xí)，共同維護(hù)好我們的使命！ $如果要正確的使用變頻器, 必須認(rèn)真地考慮散熱的問題. 　?。。∽冾l器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。 因此，我們要重視散熱問題??！在變頻器工作時，流過變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發(fā)熱量大概是多少. 可以用以下公式估算: 　 發(fā)熱量的近似值= 變頻器容量（KW）×55 [W]在這里, 如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的 (過流能力150% * 60s)如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時發(fā)熱量會更大一些。 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測上方比較好。這時可以用估算: 變頻器容量（KW）×60 [W]因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品.注意： 如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開， 如裝在柜子上面或旁邊等。那么, 怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢?當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時，要考慮變頻器發(fā)熱值的問題。根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面，將會使變頻器有70%的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔開, 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好?！∽⒁猓鹤冾l器散熱設(shè)計中都是以垂直安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會變差的!冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點的變頻器， 都帶有冷卻風(fēng)扇。同時，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰替代誰。其他關(guān)于散熱的問題在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應(yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每-5%。但由于實際上因為設(shè)計上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實際使用的要大， 所以也要看具體應(yīng)用。 比方說在1500m的地方，但是周期性負(fù)載，如電梯，就不必要降容。2。 開關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自于IGBT， IGBT的發(fā)熱有集中在開和關(guān)的瞬間。 因此開關(guān)頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。 有的廠家宣稱降低開關(guān)頻率可以擴(kuò)容， 就是這個道理。

靜態(tài)測試1、測試整流電路找下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常，A.到變頻器內(nèi)部直流電源的P端和N端，將萬用表調(diào)到電阻X10檔，紅表棒接到P，黑表棒分別依到R、S、T，正常時有幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到P端，紅表棒依次接到R、S、T，有一個接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到N端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果有以阻值三相不平衡，說明整流橋有故障.B.紅表棒接P端時，電阻無窮大，可以斷定整流橋故障或啟動電阻出現(xiàn)故障。2、測試逆變電路將紅表棒接到P端，黑表棒分別接U、V、W上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒N端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊有故障。[1]動態(tài)測試在表態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進(jìn)行動態(tài)測試，即上電試機(jī)。在上電前后必須注意以下幾點：1、上電之前，須確認(rèn)輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器之中會出現(xiàn)炸機(jī)（炸電容、壓敏電阻、模塊等）；2、檢查變頻器各接插口是否已正確連接，連接是否有松動，連接異常有時可能會導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時會出炸機(jī)等情況；3、上電后檢測故障顯示內(nèi)容，并初步斷定故障及原因；4、如未顯示故障，首先檢查參數(shù)是否有異常，并將參數(shù)復(fù)歸后，在空載（不接電機(jī)）情況下啟動變頻器，并測試U、V、W三相輸出電壓值。如出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動板等有故障；5、在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況下，負(fù)載測試，盡量是滿負(fù)載測試。[1]故障判斷1、整流模塊損壞通常是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部短路情況下，更換整流橋。在現(xiàn)場處理故障時，應(yīng)重點檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機(jī)等對電網(wǎng)有污染的設(shè)備等。2、逆變模塊損壞通常是由于電機(jī)或電纜損壞及驅(qū)動電路故障引起。在修復(fù)驅(qū)動電路之后，測驅(qū)動波形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現(xiàn)場服務(wù)中更換驅(qū)動板之后，須注意檢查馬達(dá)及連接電纜。在確定無任何故障下，才能運行變頻器。3、上電無顯示通常是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟動電阻損壞，操作面板損壞同樣會產(chǎn)生這種狀況。4、顯示過電壓或欠電壓通常由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。解決方法是找出其電壓檢測電路及檢測點，更換損壞的器件。5、顯示過電流或接地短路通常是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運放電路等。6、電源與驅(qū)動板啟動顯示過電流通常是由于驅(qū)動電路或逆變模塊損壞引起。7、空載輸出電壓正常，帶載后顯示過載或過電流通常是由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或驅(qū)動電路老化，模塊損壞引起。

在變頻器維修中我們經(jīng)常會聽到過壓故障，但欠壓故障也是變頻器使用中常碰到的問題。其產(chǎn)生原因是主回路電壓低于下限引起的保護(hù)動作或整流橋某一路損壞或電網(wǎng)瞬時停電、輸入缺相等。

1.比較器檢測

通過穩(wěn)壓管固定比較器一端的電壓，被檢測的電壓取樣后再與之比較，結(jié)果通過比較器輸出。

2.ADC檢測(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)

被檢測的電壓通過電阻降壓取樣后，落在ADC可檢測的范圍，可以通過程序設(shè)定電壓的報警范圍。

主電路中的儲能電容，對運行中變頻器過壓、欠壓影響很大。而變頻器電路的各種零部件又有一定使用壽命的，所以一旦變頻器零部件達(dá)到使用壽命就會帶來故障的發(fā)生。像主電路中的儲能電容或其它零部件的原因都有可能對主電路造成影響，從而使整個變頻器發(fā)生故障。通常變頻器停用時間過長，達(dá)到一年以上，則應(yīng)對儲能電容要做一次全面體檢。

對長時間不用的變頻器，如何來避免這種現(xiàn)象發(fā)生呢?

按照要求，停用的變頻器應(yīng)每隔兩三個月通電-次，每次20~30分鐘。對于長時問不用的電解屯容器，通電時，先加約50%的額定電壓，只要加壓時間在半小時以上，它的漏電流就會降下去，也就可以正常使用了。

此外，對使用年限較長(五年以上)的變頻器，也一定要對儲能電容器進(jìn)行容量檢測。運行中頻繁跳欠電壓故障，多數(shù)為直流電路的電容器容量不足、有容量下降或失容現(xiàn)象。