变频器主电路的检测与维修

刘可夫 常亮 宋其军

【摘 要】随着国家经济的快速发展，各领域不断地提高，对电力的需求也不断增大。在电力不断改革中变频器控制得到了大量的应用。由于安装使用量越来越大，在其优势突显的同时，不可避免地故障维修量也同时加大了。

【关键词】变频器；主电路；检测；维修

引言

通用变频器的内部设计电路中，是应用检测电路把变频器与电机的运行状态经过数字化转换后回馈给中央处理器，中央处理器把收到的数字信号通过算法优化处理之后给各分部电路下达控制指令或保护指令，来对变频器的频率输出进行控制，同时也达到对变频器和电机进行保护的目的。

1变频器主电路结构

目前，绝大部分低压变频器均采用先整流再逆变的结构方式，所以其主电路基本都是由整流和逆变两大部分环节构成。一般三相电流输入端都是分别用R、S、T三个字母表示，输入380V或者220V三相交流电流，经D1至D6六只二极管组成的三相整流桥电路整流后，成为直流电，其电压标记为UD，整流过后的脉动直流电流经过滤波电容器C1和C2滤波。整流滤波过后的直流电，再经过斩波处理后，将处理过后的直流电流经由V1至V6六只IGBT晶体管（绝缘栅双极性晶体管）组成的三相逆变电路，进行逆变处理，最终形成电压和频率可任意调整的三相交流电流输出给电动机使用。

2滤波电容检察

日常生产中我中心变频器逆变模块的损坏主要原因就是电容的容量减小，失容和失效。驱动电路异常造成逆变模块损坏反而不是很常见。电容的容量不足轻者表现为带负载能力差，负载加重时往往跳直流回路欠压故障，电容的进一步损坏就有可能造成逆变模块烧坏。此类故障比较隐蔽不易引起人们的重视，检察时也比较费周折，有的电容测量其容量似乎是好电容，但好坏则不一定。尤其是大功率变频器中电容，运行多年后，其引出电极常年累月数百赫兹的大电流冲放电冲击，会出现不同的氧化现象，用电容表测量，容量正常，但接在电路中，则因充、放电阻增大，致使直流回路电压下降，变频器不能工作，检修人员往往会做出判断。失容后则极容易出现谐振过压导致模块炸裂。检修两年或运行年限更长的变频器，储能电容要引起重视；对逆变模块不明原因的损坏，则应首先彻查直流回路电容。变频器未损坏前跳“减速过电流”的现象，应说明的是，减速过电流是发生在加速启动过程中。变频器在加速中用频率自动下调来抑制启动过电流，就要考虑滤波电容是否正常。直流回路储能电容的“硬”损坏，会出现明显的溅液、鼓顶、炸裂等现象，观察即能看出。两只电容串联与电路中容量应相等或接近，偏差过大时，容量小的电容会因承受高过电压而损坏。储能电容有“老化失效现象”电容表测量不出容量异常，单在运行中会造成直流回路电压下降，变频器频报欠压故障，带载能力差。电容测量只能对变频器解体单独用电容表测量电容的大小，同时也要做电容的耐压实验。为此我中心设计了电容充放电实验装置。此装置除了可以用于检测电容好坏外，还可用于变频器在用电容的检测，以此判断在用电容是否合格，是否需要更换，防止因电容超过使用寿命后各项指标不合格造成变频器损伤。我中心员工根据电容充放电原理，利用调压器、升压变压器、电阻、电容等元器件自行设计了一款电容充放电实验装置。其中T1为调压器，调压范围为AC0～220V，通过升压变压器，可为整流桥输入端提供AC0～690V的可控电压，经过桥式整流后，可输出DC0～621V，电容C1、C2、C3及均压电阻R1、R2、R3组成了滤波单元，最终在被测电容两端可得到600V左右的直流电压，因电容出厂时耐受电压预设值为550V左右，该装置完全能够实现对电容的冲击试验。充电实验：接上待测电容C后为控制回路供电，按下充电启动按钮SB1，使得充电继电器KM1吸合，缓慢调节变压器T1输出电压，直到电压表显示600V左右，观察待测电容有无异常现象，若无，停止控制回路后再启动SB1，模拟600V左右的电网电压直接冲击电容，若电容完好无异常，则待测电容合格，可以使用。放电实验：断开测量回路电源，启动放电按钮SB2，使放电继电器KM2得电吸合，放电过程中电压表会直观地显示待测电容两端的剩余电压，该过程中，放电指示灯会经历由亮到暗的过程，直到放电完成指示灯处于熄灭状态。

3变频器故障类型及其故障处理方法

3.1电压超过固定范围

变频器都具有一个正常的工作電压范围，当电压超过这个范围时，会发生过压，可能会损坏变频器，常见的过压主要分为两种，分别为输入交流过压以及发电状态中过压。输入交流过压是指输入的交流电源的电压值高于正常值，一般在节假日过程中线路负载较大时，电路的电压会升高或者线路出现故障时，指示灯会提示与报警，过一会再进行送电重启，变频器即可恢复正常。发电状态过压主要是指电动机的转速较高，进而使电动机处于发电状况。这种情况在故障中较为常见。第一，当变频器对大惯性的负载进行拖动时，其减速时间设置较短，在减速期间，变频器输出的频率逐渐减小，且减小的速度逐渐加快，负载方面主要是借助本身阻力进行减速，使得负载拖动转速增加，高于正常自身转动频率。而电动机自身处于发电状态，没有回馈功能，对于问题也不能进行反馈，导致电压逐渐升高，超过相应的保护数值，变频器出现故障。第二，当多个电机共同发生负载时，也可能会出现过压问题。主要是由于负荷没有进行正常分配，即每个电机的转速是不相同的。例如：两个电机对同一个负载进行拖动，当一个电机的转速较大时，转速大的那个电机为原电机，而转速较低的电机会处于发电状态，进而导致电机出现故障，这种故障可能会导致电压增加或者变频器的参数发生改变。

3.2变频器发生过载故障

变频器的过载故障主要包括变频过载故障以及电机过载故障。导致故障出现的原因可能为电机加速的时间较短、电网中的电压过低或者负载过重导致的。在一般情况下，处理方式会使用延长加速时间、对电网的电压进行检查等。负载过程可能是因为电机以及变频器对于负载不能拖动，或由于机械润滑油缺少而引起的，需要对电机或变频器进行更换或者加以检修，进行检测。

3.3电压过低导致变频器出现故障

电压过低可能导致电源的输入方面存在问题，导致线路电压超载或者线路方面接触不良。例如：在西门子系列的变频器中，pmu的液晶屏上显示：“e”，在这种情况中，变频器不能够正常工作，重新进行停电或者送电均不可以，在说明书中没有详细介绍，在对外接的电源进行检查中发现电压较低，不能满足电路中的电压需求，解决电压过低的问题后，问题解决。

3.4温度过高导致变频器出现故障

温度过高也会导致变频器出现故障，例如：变频器发生温度过高的预警但是检查过程中发现传感器稳定正常，这可能来源于其他干扰将故障屏蔽了。如果遇到类似的故障，可以与变频器的厂家进行联系，得到比较好的解决方法。

结语

对变频器进行维修是一项集理论工作、实践经验以及操作方式相结合的工作，工作人员的技术水平影响我国变频器的质量。作为工作人员，应不断更新相关知识，掌握其特点及功能，不断提升工作质量及工作效率，解决一些维修过程中的常见问题，研究出一套合理的故障解决方案，提升自身技术水平。

参考文献：

[1]张燕宾，编著.SPWM变频调速应用技术[J].二版.北京：机械工业出版社，2017：58.

[2]周志敏，周纪海，纪爱华，编著.变频器工程应用·电磁兼容·故障诊断[M].北京：电子工业出版社，2017：79-84，93-97.

（作者单位：1大庆油田有限责任公司第三采油厂电力维修大队；

2中油电能公司售电事业部红岗营业所黑龙江；

3 中油电能公司售电事业部红岗营业所黑龙江）