自动化实验台中MM440变频器常见故障分析

张保师

（河钢股份有限公司承德分公司、河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

自动化实验台中MM440变频器的功能多样，且其运行的可靠性较高，能够有效的为电动机提供保护，变频器也是控制电机速度，以及在生产的过程中实现节能生产的重要设备，目前变频器已经在各个工业生产中得到了较为广泛的使用。虽然在使用变频器时有着各种优点，但是由于其自身的工作原理，导致变频器在工作时会出现高次谐波，若是安装和操作不当也会出现漏电等各种故障。目前学院实验室主要使用MM440变频器，教师带学生使用实验台变频器做变频调速实验时常常会出现各种故障问题，因此笔者将在本论文中着重研究实验室实验台和变频器其内部结构和原理，对实验台中变频器频繁出现故障的原因进行分析和总结，并找出有效的改进方法对实验台进行改造，进而解决变频器在运行的过程中出现的故障问题，保障变频器在运行过程中的安全性能。

1 MM440变频器的基本原理

图1 变频器主电路结构图

图2 逆变电路输出的线电压波形

MM440变频器是由不可控整流、SPWM逆变器同时变压变频、保护电路以及控制器等部分组成。如图1所示。若是使用PWM控制模式，逆变器提供给负载电机的电压将是一系列脉冲宽度按照正弦规律变化的正弦等效的SPWM波，而不是正弦电压，如图2所示。变频器通过控制矩形脉冲的宽对对其电压的幅值进行控制，通过对于调制波周期的控制来控制其输出的频率，从而满足变频调速对于U/f协调控制的要求。

2 变频器控制电动机漏电分析

在教学的过程中做各种关于变频器控制电机的各项试验时，经常会有学生反应其在不小心触碰到电动机或者实验台时会有触电感，这就对学生的安全产生了威胁。

2.1 实验台中变频器和外围电器的连接图

实验台的变频系统的主要有电动机、三相交流电源进线、熔断器、变频器、滤波器等部分组成，如图3所示。但是由于在安装的过程中操作不到位，导致变频器和电动机都没有接地线。

图3 变频器和外围电器的连接图

2.2 变频系统漏电原因分析

通过对于实验台的构造以及充分了解变频器其自身工作原理，并且参考和借鉴了其他相关研究结果，对变频器系统为何会产生漏电现象的原因进行了归纳，主要原因有以下几种：

2.2.1 电机绕组与机壳之间的寄生电容

由图2可知变频器输出的电信号并不是正弦波SPWM波，因此导致变频器的载波频率要高于正常的工作频率。所以额在设置输入电信号时可以将数值设置为1-4KHz。正是由于变频器的高频脉冲波，使得电机组与机壳之间产生了寄生电容，这就是部分漏电流产生的原因。

2.2.2 变频器与电机输入输出导线对地的分布电容

三相输入电线对地存在着分布电容，这种电容是与电线的长度成正比的，而与电线的截面大小成反比。在实验台中的变频器与电机设置的距离较近，此电容较小，从文献2的研究中可以表明，有90%的漏电流是由于机电里的寄生虫引起的。但是在做实验的过程中并没有使用屏蔽电缆，因此导致分布电容较大。变频器在工作过程中低速运行，将会使分布电容不断的放点，电流通过电容器底线进入打底，再容进线侧的接地线回到变频器，从而形成了漏电流。

2.2.3 变频器输入、输出侧导线之间的线间电容

电线之间存在的电容会产生一定的线间电流。这种电流会收到电容和载波的影响，通过实验发现变频器的载波频率越高，产生的漏电流则会越大；电机的电线长度越长，漏电流也会越大。

2.2.4 电动机外壳产生的感应电压

变频器在控制电机运行时，逆变器中的IGBT的开关频率将会高许多，由于电动机其自身的工作原理，会导致三相电子通过三相电流时会产生一定的磁场，而通过这种磁场会使电动机的外壳产生感应电动势，若是在运行的过程中逆变器的开关频率越高，则会导致这种感应电动势越大，这时学生在触碰到电动机外壳时就会有一种点击的感觉，这就是一种假性的漏电。

2.3 改进措施

为了改善和减少电机和实验台的漏电现象，确保人员以及设备的安全，笔者根据实际情况采取了以下改进措施：首先将电动机、变频器以及实验台的接地线接在一起。通过对于本实验台的研究发现，最简单的方法就是采用一根较短的导线将变频器的接地线直接连接到实验台的外壳上，让后将电动机放置在实验台上，这样就可以有效的使三者的接地线结合在一起，从而实现实验台、变频器和电动机处于相同的电位，这样可以将电动机在旋转的过程中产生的感应电压控制在最小，这样的话学生在触碰实验台以及电机外壳时就不会有触电感。除此之外也可以在变频器的输入电线出增加一个滤波器，注意需将滤波器的地线与电动机以及变频器的地线接到一起，滤波器可以很好的吸收和释放电动机产生的感应电流，从而减少感应电压，实现减少漏电的情况发生。在运行该设备之前也可以将载波频率调小。通过简单的改造之后发现漏电现象显著减少。

3 变频器上出现的故障代码及解决措施

3.1 变频器“黑屏”故障

通常情况下，出现“黑屏”的原因有：输入变频器的电线出现断裂，IGBT出现短路导致内部保险烧毁等。

解决措施：检查三根输入电源线是否完好；打开变频器检查其主线路是否完好，检测IGBT内部是否存在短路，检查IGBT的二极管是否完好。根据相应的检查结果更换IGBT或者对设备进行维修。

3.2 显示“F0001”报警

“F0001”表示变频器出现过流故障，根据调查发现其产生的原因有以下几种：（1）电动机出现短路；（2）输入变频器的电机参数与变频器的功率不相符；（3）电动机风扇出现故障；（4）电动机接电线损坏；（5） 设置斜坡上升时间过短；（6）IGBT模块损坏

解决措施：（1）设置合适的斜坡上升时间；（2）输入的电动机参数与变频器规定相符合；（3）检查电机是否存在短路。

3.3 显示“F0002”故障

“F0002”表示过电压报警。

解决措施：(1)设置合理的变频器的斜坡下降时间；（2）检查电源电压是否符合规定

3.4 显示“F0020”故障

“F0030”表示电源断相。若是三相输入电源中有一个电压丢失了，就会出现该故障，但是变频仍然允许脉冲输出，这时就会导致负载。

解决措施：检查输入电压是否完好。

3.5 显示“F0023”故障

“F0023”表示变频器输出的一相断线。

解决措施：使用万用表检查变频器输出的三相线是否完好。

4 断路器跳闸原因分析

4.1 跳闸原因

教师带学生们做变频器控制电机的相关实验时会出现实验台总断路器跳闸的情况，有时也会有实验台报警的情况，笔者结合实际情况分析其出现的主要原因有以下五点：

在设置变频器的转矩补偿时设定的数值不当。由于电机其自身的机械特性，若是在负载相同的情况下，压频比越大会使励磁电流也越大。正常情况下电机空载运行的启动电流会是额定电流的6倍左右，因此若是设置较大的压频时，就很有可能因为过流而导致跳闸，因此在设置转矩补偿值时要原则适当的数值。

变频器的谐波分量过大。由于变频器的输入电流和输出电流都有着较高的频率，在驱动变频器时这些高频成分就会导致漏电流大于电网电流的漏电流，这就会导致断路器误操作。

设置不当的加、减速参数。若是对变频器的加减时间的设置不合适，会使得电动机的转速与同步转速不同，从而形成转差，这样形成的转差会导致过流而使断路器跳闸。

电容器老化，若是电容器使用的年限过久，将会导致电容器的电容量大大减小，这时的电容器将无法应对电动机在制动状态时电压突然升高的情况，容易产生跳闸。

制动电阻值过大。电机在制动时会产生较大的电阻值，这是电阻的放电电流变小，使得电容器上原有的电荷没有时间释放，产生过压跳闸。

4.2 改进措施

（1）合理的设置变频器的转矩补偿值；（2）合理的设置变频器的加、减速时间；（3）控制变频器与电动机之间的电缆长度；（4）使用新的电容器；（5）选电缆使采用静电容量较小的。

5 实验室使用变频器的建议

（1）拆除变频器与电动机之间的交流接触器，不使用接触器可以有效的防止在电流突然断流的瞬间产生过压损坏逆变器；（2）在控制电动机的启、停时需要通过变频器来进行控制，而不是直接使用断路器进行操作，否则将会导致变频器的失控；（3）不宜在实验台上设置具有漏电保护的断路器，因为在变频器运行时将会输出部分漏电，这会式漏电起动作从而切断变频器的正常运行。

6 结论

自动化实验台中MM440变频器的功能多样，且其运行的可靠性较高，能够有效的为电动机提供保护，但是由于其自身的工作原理，导致变频器在工作时会出现高次谐波，若是安装和操作不当也会出现漏电等各种故障。笔者通过对于实验台以及变频器其自身工作原理的研究，找出实验室设备出现漏电现象的原油，并给出了改进方法；总结了设备常出现的错误代码，并提出了解决措施；分析了变频器跳闸的原因和改进措施，也提出了实验室使用变频器的一些注意事项。希望能够为日后实验室变频器的使用和调试安装提供一定的帮助。与此同时，笔者也相信随着各种技术的不断发展和应用，变频器其自身也将会得到不断的完善。