變頻器常見故障分析及處理

作者：admin    時間：2019-06-08

變頻器一般具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路，并能對所有的故障進行精確的定位，在HMI界面做出提示。在實際應用中經常遇到故障主要有光纖故障、過電壓故障、缺相故障、過熱故障、驅動故障等，現就這些故障發生的原因和處理方式作簡要分析。

1 光纖故障

在變頻器中功率單元屬于高壓部分（動力部分），控制器屬低壓部分，為實現低壓與高壓隔離，已保證極高的安全性，同時控制器與功率單元有一定的安全距離，為保證在遠距離信號傳輸中仍然具有很好的抗電磁干擾性能，控制器與功率單元之間采用光纖通信技術，光纖及光纖信號發送/接收器作為控制器與功率單元的通信介質。

出現光纖故障一般有以下幾種情況：

功率單元與控制器之間的光纖連接頭脫落或者接觸不良；

光纖信號發送/接收器內部積灰嚴重；

光纖折斷；

光纖通信電路控制板部分器件損壞或者受溫度影響工作不穩定，如器件老化、芯片插座松動等。

出現光纖故障時，首先需要判斷是功率單元側出現故障還是控制器側故障，在不明確哪一側的情況下，應在變頻器斷電后，根據HMI界面的故障記錄用備用功率單元替換所懷疑有故障的功率單元，然后重新上電，如果故障消失則可判定屬功率單元故障，如果故障依然存在則應是控制單元故障，此時應更換控制器中的光纖通信板。

2 過電壓故障

變頻器過電壓故障是各種功率單元內直流母線電壓達到危險程度后采取的保護措施，在處理此類故障時要分析清楚故障原因，有針對性地采取相應的措施去處理。

正常情況下，直流母線為三相交流輸入線電壓的峰值，即如輸入為AC400V，則直流母線電壓Ud=1.411×400=565.6V。在過電壓發生時，直流母線的儲能電容電壓將上升，但電壓上升到一定值時（通常為正常值的10%～20%），變頻器的過電壓保護動作。

而引起變頻器中間直流回路過電壓的原因主要有兩方面:

1）來自電源輸入側的過電壓。

正常情況下輸入電壓波動在額定電壓-10%～10%以內，但是特殊情況下，電源電壓波動可能過大，由于直流母線電壓隨電源電壓上升，達到保護值時變頻器就因過電壓保護跳閘。電源輸入側過電壓主要由于電源側沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在投入或退出時形成的過電壓等。主要特點是電壓變化率du/dt和幅值都很大，此時最好斷開電源進行檢查處理。

2）來自負載側過電壓。

由于某種原因使電動機處于再生發電狀態，即電動機實際轉速比變頻器頻率決定的同步轉速高時，負載的傳動系統所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過各個功率單元逆變橋的四個IGBT管中的續流二極管返回到直流母線，這些能量導致直流回路的電解電容的電壓迅速上升引起過電壓。

其現場操作的主要處理方法是延長變頻器減速時間參數，當變頻器拖動大慣性負載時，由于減速時間設定過小，在減速過程中，變頻器減速速度過快，而負載由于依靠其自身阻力減速的比較慢，使負載拖動電動機的速度大于變頻器頻率所對應的速度，電動機處于發電狀態。

有些變頻器還設置防止減速過電壓功能，即在減速過程中，檢測直流母線電壓達到一定值時，變頻器的輸出頻率不再下降，暫緩減速，待直流母線電壓下降后再繼續減速，避免出現直流母線過電壓。

3 缺相故障

缺陷故障保護是指變頻器各功率單元交流輸入側電壓三相中至少有一相缺少而采取的保護，出現缺相時會引起整流模塊發熱、過流以及直流母線電壓降低，雖然在缺相狀態下設備也能繼續運行，但整流橋中個別器件電流過大及電解電容的脈沖電流過大，長期運行將對變頻器的壽命和可靠性造成不良影響，應及時處理。處理時應根據具體原因進行。

主要原因有：電網發生故障或輸入電源缺相；移相整流變壓器二次側短路；整流變壓器三相進線接線螺栓松動，或者整流變壓器與功率單元的連接線路松動故障等；缺相檢測保護電路異常，這種情況更換檢測板即可。

4 過熱故障

變頻器在運行中由于功率器件整流橋、IGBT管、移相整流變壓器等自身消耗功率會散熱，內部溫度較高，如果熱量不及時散出，長期對變頻器的壽命大大降低，嚴重時會引起元器件損壞，功率單元過熱保護主要是功率器件在一定電流下運行，器件基板的溫度達到規定的溫度時采取的一種保護措施，變頻器元器件消耗功率主要包括通泰損耗和開關損耗，其結果使基板溫度tc和半導體結溫tj上升。

一般能引起功率單元過熱原因有以下幾方面：環境溫度過高，散熱效果差，變頻器內部溫度高；測溫元件連接線斷開或元件出現故障；功率單元冷卻風機故障；進風口或出風口不通暢，風道阻塞或濾網堵塞；變頻器長時間過載運行；過溫監測電路出現異常。

變頻器出現過熱故障時，可按以上原因排除處理。

5 驅動單元故障

IGBT是變頻器最關鍵的功率器件，具有電流容量大、工作頻率范圍寬能優點。對IGBT管的保護一般都為過電流保護，即IGBT保護電路檢測輸出端或者直流環節的總電流，當電流超過設定值時，比較器翻轉封鎖所有的IGBT驅動器的輸入脈沖，使輸出電流降為零，同時給CPU處理器發出故障信號。

通常引起變頻器驅動故障原因有以下幾種：變頻器輸出短路；功率單元內IGBT被擊穿；驅動檢測電路損壞；檢測電路被干擾。

通常情況下，變頻器出現驅動故障后，要杜絕輕易貿然復位變頻器后再次重新啟動，以防止變頻器的二次損壞。正確處理措施是根據監控界面的故障定位找到相應的模塊，拆開檢查IGBT是否損壞。

具體判斷方法是：找到功率單元內部直流母線的正極V+及負極V-，用數字萬用表二極管檔，將黑表筆接到V+，紅筆分別接到U、V上，此時表指示數值應該顯示在0.4左右，反向則應該顯示無窮大；將紅表筆接到V-上，重復以上步驟，應得到相同的結果，否則可判斷IGBT管已損壞。