变频器调速控制及故障处理分析

鄢伟

摘 要：在现阶段石油化工的生产加工中，由于工艺方面的需求，经常需要电机可以在不同的速度下运行，而现阶段研发的变频调速系统，就可以对电机实现速度方面的调节。变频调速工作是一种十分重要的控制环节，以此本文就基于变频器的调速控制，以及出现的一些常见故障，进行处理信息的分析。

关键词：变频器;无极调速;控制频率;电动机

引言：电动机交流异步电动机，在进行变频调速的过程中，主要是让变频器可以有效的利用电力半导体器件，进行通断之后，就可以让电压、频率固定下去，以此让其成为频率、电压都可以实现调整的交流电源。现阶段所使用的变频器，就是一种十分重要的元器件，出现故障会对整个系统造成较大的影响。

1 变频器以及控制方式

1.1 变频器

变频器是一种整流、滤波以及在此整流等诸多的味道处理单元构成的机械装置，其中使用的IGBT成为了重要的组成部分，帮助电动机进行变频操作。

1.2 变频器控制方式

在低压通用变频输出的电压为380-650V，而输出功率则在0.75-400kW，同时工作频率控制在了 0-400Hz的标准，在其控制的过程中，就可以给五种不同的方式进行处理。

1.2.1 正弦脉宽调制控制模式

在这种控制技术下，其内部的电路机构较为简洁，同时成本方面也相对比较低，并具备着较高的机械硬度。在通常情况下，满足一般性的传动平滑调速要求，同时已经在诸多的产业当中得到了应用。但是，对于这种控制方式而言，在进行的控制过程中，往往会在低频的过程中，由于输出电压方面较低，就会导致转矩hi受到电子电阻方面的影响，使得输出的最大转矩出现降低的问题。

1.2.2 电压空间矢量控制模式

这种技术的使用中，是一种基于三相波形的方式，对其产生整体的效果，以此逐渐接近理想的电机气隙状态，这样就可以对其轨迹依次产生三相调制波形，进而实现对其形状的控制。在这种技术的实践过程中，已经经过了一定的调整与优化，使得引入了频率补偿机制，可以消除控制区出现的一定误差。而在反馈估算的过程中，确定出磁链幅值，以此避免低速的状态中，对定子电阻所造成的严重影响。

1.2.3 矢量控制模式

在这样的技术使用中，就是一种异步电动机，可以在三相电动机的运行过程中，形成定子电流，并通过三相-二相变换，以及等效电流的方式，对其实现良好的计算分析[1]。这样的控制模式当中，主要是仿照直流电动机的运行方式，对直流电动机，进行控制量的估算，并之后利用坐标反变换的方式，实现对异步电动机的实际控制。同时，在介质的处理中，就是一种让其交流电动机，能够利用坐标的反变换，对其实现准确的控制。

1.2.4 直接转矩控制模式

对于这种技术而言，在控制的过程中，有效的解决传统控制技术在使用的过程中，所存在着的矢量不足，并利用先进的控制思想，保障其控制的过程中，实现动静态相互补的技术方式。对于这种技术而言，是一种在确定的定子坐标系当中，所构建出数学模型，实现良好的针对性的控制预防分析。同时，在分析的过程中，也并不需要将交流电动机，当做直流电动机，因此就避免了在分析中所需要经历的诸多复杂计算流程。其次，这样的控制模式，也并不需要对直流电动机的控制方式进行模仿[2]。

1.2.5 矩阵式交一交控制模式

这种控制模式就是一种综合性的控制模式，但是其控制方式的缺陷也较为的明显，就是在实际的控制过程中，往往会存在着较大的谐波电流，因此就要保障直流电路当中，有着较大的储能电容，另外，其再生能量，也无法反馈到电网当中。在当下这种控制模式的使用中，其优势在于大大降低了处理的成本投入，并不需要使用体积大、价格贵的电解电容。同时提升系统化的功率密度值。

2 常见故障处理

2.1主回路跳闸

2.1.1 整流模块损坏与处理

现阶段对于出现的整流模块，在出现故障问题的时候，一定程度上是由于器件自身的质量并不高，同时后级电路出现损害，而在逆变功率开关的使用中，也相应的会在整流桥出现一定的损坏问题。在长期的运行中，很多电网电压较高，特别是在经历雷击与电压浪涌的影响下，就会出现整流模块的损坏问题。

当下为了充分的保障整流模块可以合理的使用，就需要在配电变压器的变频器使用中，往往需要保障总负载容量不会太大，一般情况下都需要控制在配电变压器容量的十分之一以下标准。而在变频器的配置过程中，也需要使用质量较高的直流电抗器，以此确定使用的输入侧交流电抗器有着较高的适用性，尽可能的提升电抗器的电感数值。而在直流电抗器的电感量较高的情况下，就会使得电流连续性较高，因此对于功率因素的改善起到了良好的效果。

2.1.2 IGBT故障与处理

出现这样的故障问题，主要都是由于在长期的使用过程中，由于一些特定电容的容量出现降低，以此导致在电容组位置，出现一些不均压，并且在其分担电压出现较高程度之后，容易出现不同程度的炸裂问题。当前所出现的各种IGBT故障，都是由于在实际的系统运行中，其母线尖峰电压过高，同时缓冲电路当中无法发挥出吸收的效果，这样就会使得出现故障问题[3]。其次，在整个导通与关断的过程中，所出现的较高程度电流变化率，都是由于在母线设计过程中出现的不合理问题导致的。因此，就会使得母线的电感过高，进而造成了模块的炸裂问题。其次，在IGBT前级光电隔离器件的使用中，一旦出现击穿的问题，就会直接导致功率器也造成了相应的击穿问题，或者在印制板位置，使得有关设备受到灰尘等方面的外界因素影响，而出现故障。因此在进行处理的过程中，就需要针对这样的器件，进行针对性的处理，保证故障可被有效解决。以井队VARCO顶驱所使用的ABB ACS800变频器为例，中东沙漠地带风沙大，设备长期存放后，变频器内部会沉积沙尘，再次使用时，很有可能造成IGBT损坏，因此现场工作时要注意做好防尘工作。

2.2 过电流存在着的故障问题

现阶段出现过电流故障，主要就是在其运行的过程中，所出现的一些短路、接地、过负载以及负载突变问题。其次，在运行中的加减速时间设定的故障，也是导致变频器内部故障的主要因素之一。

以井队VARCO顶驱所使用的ABB ACS800变频器为例，当顶驱卡死后，不合理的突然释放扭矩，顶驱变频电机会产生发电机效应，产生高电压，直接冲击直流母线，造成故障。

因此，对于这种类型的故障问题，在进行处理中，往往需要首先区分出是否是分跳闸，同时也相应的从负载的原因出发，对其变频器的原因有效的分析。在具体的操作过程中，首先需要从外观角度，对其故障问题进行判断。之后将连接到变频器当中的电缆全部拆下，同时试验变频器与电动机之间的性能。一旦变频器依然有着信号，就需要进行断开处理，以此利用手动的方式，明确出变频器的运行情况。另一方面，在使用试验控制信号，或者对其电位器可以接收到的外部信号控制端子的分析中，就可以对变频器的外部信号进行直接的分析。在正常的情况下，就可以表示变频器的性能没有出现问题。因此，接下来就可以针对外部信号，以及电动机进行性能检测。最后，在试验都正常的情况下，往往就需要使用工频带能源启动电动机，进行针对性的实验分析，进而保障全部都正常的情况下，可以对其异常问题进行进一步的分析。

在进行故障处理的过程中，也需要对变频器的历史故障记录进行查询，以此可以了解到变频器的额定电流，或者在出现电子热继电器的设定值，以此判断出是否存在电动机过载的问题，或者出现了负载突变的问题。当电动机堵转，或者在电动机突然负载的时候，既可以得到准确的判断与分析

总结：综上所述，在当下的变频器处理过程中，由于对整个系统都起到了较为重要的作用，以此就需要在日常的变频器处理中，可以针对性的进行调节，以此保障出现的故障问题可以得到及时的处理与解决，避免对整个系统都造成较为严重的影响。

参考文献：

[1]王惠臣.小保当一号煤矿主斜井带式输送机智能调速电控系统设計[J].煤炭工程，2021，53（06）：17-22.

[2]赵媛媛.基于西门子1200 PLC和G120变频器的回焊炉调速控制[J].农机使用与维修，2021（05）：35-36.