变频器的使用及维护探讨

张博源

（北京市京密引水管理处，北京 101400）

目前，就电气工程的控制方面来看，变频器的工作原理清晰，在具体的控制过程中控制效果理想。利用变频器来解决实际问题时，对变频器的使用和维护是非常有必要的，能够保持变频器运行的稳定性，提高变频器的质量，从而取得良好的使用效果。

1 变频器的工作原理及选择

1.1 变频器工作原理

变频器的电路主要由控制电路和主电路共同组成。整流器主要用于调节电流，将交流电源转换成直流电源。变频器主要由人机界面、CPU和监控系统等部分组成，其中控制系统是通过各部件之间的配合来实现的，其工作原理，如图1所示。

图1 变频器工作原理图

1.2 变频器选择原则

变频器是一种节能装置，但并不适合驱动所有的装置。在工程设计或设备改造中，变频器的选择应以了解被驱动设备的负载特性和各种变频器的性能和质量为基础。变频器的选择不仅与电机的结构和容量有关，还与电机所承载的负载类型有关，这直接关系到电机的运行状态。一般的选择原则是，功能特性可以在可靠性的基础上保证更好的性价比。

虽然变频器广泛应用于现代家用电器和工程电器中，但是很多驱动设备无法与之匹配，需要掌握不同形状的变频器及其在不同条件下的具体性能和质量依据，以满足不同驱动设备的负载要求。变频器的选择与所控制设备负载的性能曲线密切相关，要根据不同的负载特性和机械效率，选择相应的变频器。在使用变频器时，必须考虑电流、电压和设备的匹配。

变频器的结构特点使得变频器电机线上产生的变频信号容易引起电磁干扰，故而使用变频器时要注意环境。采用变频驱动技术的变频器，结合其在电气设备中的应用，对工作环境有着特殊的要求，在使用变频器时还要考虑散热需要。

1.3 变频器选择方法

接下来根据不同的电机结构选择变频器的方法。

（1）笼型异步电机。与频率电源相比，变频器提供的电流是脉动电流，其脉动值大于频率电源提供的电流。此外，由于输出电压和电流受到谐波信号的影响，降低了电机的效率和功率因数，电流会增加10%左右，因此在选用搭配笼型异步电动机的变频器时，其额定电流应大于标准电动机的额定电流。

（2）变极电机。当变频器用于控制变极电机时，可以通过更换导线的方式实现。变极电机采用变频器控制时，应注意以下几点：①如果在操作过程中转换极数，则必须在切换前停止运行电机。否则，电机在切换时将会出现空转的现象，产生大电流，这段时间可能会造成变频器的损坏。此外，变频器的过电流保护会使电机自由停车，无法继续工作。②变极电机的尺寸大小比通用电机大，电流也大。对此，有必要选择大容量的串联变频器。③将变频电源中的变极电机改为变频器控制时，会限制旋转部件的强度和轴承寿命。

（3）带制动器的电机。在生产设备中，为了定位电机、安全停车并在停车期间保持电机静止，必须使用带机械制动器的电机。一般情况下，盘式制动器有两种，分别为交流电磁铁和直流电磁铁。使用变频器驱动制动器电机时，需要注意制动电源必须连接到变频器输入端子，不能像电动机一样连接到变频器的输出端。当制动电机由变频器驱动时，必须充分注意从高于工频的频率启动制动。最好在变频器或所选部件的制动单元中使用再生制动电路，将其降低到低于电源频率的频率，然后使用制动器制动。

2 变频器在恒压变频供水系统的应用

在变频器的使用中，恒压变频供水系统具有十分明显的效果。接下来对笔者所在单位的恒压变频供水系统中的变频器进行分析。

恒压变频供水系统充分集成了PLC控制技术、变频控制技术、电动泵组控制技术等现代化新技术，根据系统原理，在远程传输系统中，通过压力表对泵出口管上的电压信号进行转换；电压信号由模拟/数字转换模块转换以获得数字量，然后发送到PLC；在PLC内部执行PID操作后，输出参考值；将参考值转换后得到模拟值，再将模拟值传送给变频器，控制其输出频率的变化。其优点是运行中的水泵数量取决于所用的水量。当用户用水量较小时，水泵的工作方式为变频。当用户用水量增加时，泵的工作频率也会随着用水量的增加而增加。恒压变频供水系统运行的可靠性是传统供水系统无法比拟的。管网中的压力能保持在一定值，从而达到节能、节水、节地的目的。即使变频器发生故障，也能保证系统供水，排除故障后依然能达到自动启动的目的，具有一定的先进性。在地下水的抽取工程中，利用变频器控制供水系统的水压，根据变频器的特点对变频器进行调节和控制，使恒压供水系统能够满足需要。

在系统运行时，PLC通过输出端口控制变频器的启动。当压力值低于设定值，管道中的水由水泵返回，同时电磁阀将处于关闭状态，以保证不会发生回流现象。当有大量的用户同时用水，短时间内的用水量会急剧增加，水管水压会不断降低，此时需要通过控制PLC的频率来确保水流量满足短时间内大量用水的需求，保证设备能够正常运行。如果出现供水水管内的压力一直处于较低水平的情况，PLC将自动调节变频器进行轮换工作，保证两台水泵在高负载的情况下能够交替使用，从而不影响泵的寿命，尽量保证在一台泵独立工作几个小时后，能够在最短的时间内更换另一台泵，实现供水的连续性。

当用户用水量太小，导致压力超过预定值时，技术人员会进行处理。具体的处理方法是先估计压力值。如果压力值在短时间内低于预定值，就能够实现供水系统的连续稳定运行。如果压力值始终高于预定值，员工将暂停供水泵，让蓄能器中存在流量输出，当水压低于设定值时再进行供水。

故障诊断中采用软件控制。如果发生故障，故障报告结果将会被直接显示在触摸屏上，并伴有报警声，并自动切断电源、停泵。如果PLC控制信号使水泵旋转，但电流传感模块感测不到电路中的电流，则说明水泵处于开路状态。该功能可以帮助维修人员及时、准确地找到供水系统的故障点，进一步提高居民生活用水的安全稳定性。

3 变频器的维护

对变频器进行维护能够有效延长其使用寿命。变频器的运行维护主要包括以下两个方面。

3.1 变频器的日常维护

变频器的日常维护是在一定的环境下进行的，受到多种环境因素的影响，包括湿度、温度、气体和粉尘等。

（1）湿度。过高或过低的湿度都会严重影响变频器的绝缘效果，变频器工作环境的湿度应保持在40%～90%。如果低于此范围，应将空气送入变频器所在的配电箱；如果高于此范围，应在配电箱附近放置吸湿剂。

（2）温度。一般情况下，变频器的使用范围为-10～50℃。如果在这个范围之外工作，会影响变频器的使用效果。另外，需要记录变频器的三相电流和电压，最好2周检查一次，通过比较数据以确定变频器的平稳运行。还应注意变频器的散热情况。温度过高会造成变频器的不良工作状态，如果温度记录过高，应及时检查散热器的状况。

（3）煤气和灰尘。如果变频器环境中存在不必要的气体和粉尘，将影响变频器的正常运行，故有必要并采取相应的技术措施，避免气体和粉尘对变频器的影响。

（4）日常检查。运行过程中，要对变频器的各项因素进行日常检查，检查中应特别注意周围环境是否清洁、电线是否外露等。

3.2 变频器的定期维护

变频器使用过程中，要定期检查其使用情况。用户应每3～6个月对变频器进行定期检查。定期检查时，应提前停止变频器，切断外部电源，拆除外壳。

（1）定期除尘。变频器运行一段时间后，需要进行除尘处理。变频器的结构复杂，涉及的元件很多。为了彻底除尘，必须拆卸变频器进行吹灰处理。对于难以清除的灰尘，可用刷子刷掉；对于易受粉尘影响的敏感部件，应提高除尘频率。还要定期清洗散热器，有效防止散热器因积灰堵塞而过热损坏。变频器的除尘工作应定期、及时进行，每季度的除尘工作应在前3周内进行。

（2）定期更换老化零件。在使用过程中，要定期检查各部件的状态，及时更换故障或运行不良的部件，保证变频器的正常运行。

4 变频器常见故障及处理

变频器在使用过程中常见的故障有电压故障、电流故障以及过载故障等。当变频器故障报警时，首先要考虑参数设计，并通过通电检测检查参数设置。但变频器故障源较多，在变频器运行过程中难以检测，为此需要采用非常规的方法检测。

目前，市场中变频器的种类繁多，但它们的故障具有一定的共性。大致可分为以下三种：

（1）过电压故障：当电压不足时，要检查变频器的接触器和整流器是否损坏，然后检查电路系统的负载启动问题。

（2）过电流故障：检查需要变频的设备内部是否存在问题，然后再检查变频器是否损坏。

（3）过载故障：设置热继电器保护值和转矩升压量，最终消除变频器的过载故障。

在变频器故障维修中，对整个变频器进行负载测试也是非常重要的，是保证维修效果的不容忽视的重要环节。

5 结论

目前，变频器是应用十分广泛的一类电气件。在应用变频器的过程中，首先要了解各种变频器的性能和质量，熟悉驱动设备的负载特性。使用变频器时，必须了解和掌握各种常见故障的原因、判断方法，采用相应的措施对变频器进行合理使用和维护，这样不仅能充分发挥变频器的最大效率，还有利于设备的稳定运行。