变频器故障分析及维修原则的简单介绍

在现代工业应用中，变频器(什么是变频器)的特点是：维护简单、可网络化集中、远程控制、与PLC组成自动控制系统。并且变频器还有节能效果显著、调节控制方便等优点，所以说，了解有关变频器(变频器的工作原理)的相关知识是十分有用的。变频器故障分析就是其中一点。那么，变频器故障分析的相关基础知识又是什么呢?小编通过搜集整理资料，对变频器故障分析知识作了简单的归纳总结。
　　变频器(变频器种类有哪些)维修原则：先静后动
　　静是指不通电状态，动是指通电后的工作状态。操作人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作常识。在对变频器日常维护之前，必须保证设备总电源全部切断;并且在变频器显示完全消失的3-30分钟(根据变频器的功率)后再进行。应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理最大限度地降低变频器的故障率。
　　(1)冷却风扇
　　变频器的功率模块是发热最严重的器件，其连续工作所产生的热量必须要及时排出，一般风扇的寿命大约为20kh～40kh。按变频器连续运行折算为3～5年就要更换一次风扇，避免因散热不良引发故障。
　　(2)滤波电容
　　中间电路滤波电容：又称电解电容，该电容的作用：滤除整流后的电压纹波，还在整流与逆变器之间起去耦作用，以消除相互干扰，还为电动机提供必要的无功功率，要承受极大的脉冲电流，所以使用寿命短，因其要在工作中储能，所以必须长期通电，它连续工作产生的热量加上变频器本身产生的热量都会加速其电解液的干涸，直接影响其容量的大小。正常情况下电容的使用寿命为5年。建议每年定期检查电容容量一次，一般其容量减少20%以上应更换。
　　(3)防腐剂的使用
　　为减少腐蚀性气体对电路板上元器件的腐蚀，还可要求变频器生产厂家对线路板进行防腐加工，维修后也要喷涂防腐剂，有效地降低了变频器的故障率，提高了使用效率。
　　变频器故障分析
　　检修开始时，要先静下来，不要盲目动手，应多问。例如: 问清是否违反操作规程、出现故障时的现象、是否更改过内部参数等，根据情况对故障作客观的、大致的分析，再根据变频器显示的故障提示，判断故障部位。检修时，应先仔细阅读变频器说明书，了解其检修注意事项。不要贸然通电，通过眼观、手摸、鼻嗅等先做必要的安全检查，以免引发新的故障。
　　(1)检查快熔FU是否烧断;
　　(2)检查线路板上元件引线间有无碰锡、碰线或细金属落在二线间;
　　(3)检查电容器、整流桥、逆变桥、集成电路等元件有无明显烧坏的痕迹;
　　(4)检查线路板上是否有水滴(尤其在潮湿环境中使用的变频器);
　　(5)检查线路板上是否有灰尘。
　　通过以上检查，可发现变频器是否有短路故障点及元件的炭化熏黑部位。
　　参数设定不当时易碰到的问题
　　(1)变频器在电机空载时工作正常，但不能带负载启动
　　这种问题常常出现在恒转矩负载。遇到此类问题时应重点检查加、减速时间设定或提升转矩设定值。
　　(2)变频器开始运行，但电机还未启动就过载跳停
　　(3)频率已经达到较大值，但电机转速仍不高
　　(4)频率上升到一定数值，继续向上调节时，频率保持在一定值不断跳跃，转速不能提高
　　遇到上述问题，应检查最大转矩设定值是否偏小、变频器的容量是否偏小。
　　过流与过载
　　(1)轻载过电流
　　如果负载很轻，却又过电流跳闸，应首先检查电动机磁路是否饱和。励磁电流或磁通大幅度增加往往导致磁路饱和，此时铁心和线圈会过热。如磁路饱和，可通过反复调整U/f比来使变频器正常启动。
　　(2)重载过电流
　　有些生产机械在运行过程中负荷突然加重，甚至“卡住”，电动机的转速大幅度下降，电流急剧增加，过载保护来不及动作，导致过电流跳闸。
　　解决方法：首先了解机械本身是否有故障，如果有故障，则修理机器;如果这种过载属于生产过程中经常出现的现象，则应考虑加大电动机和负载之间的传动比。适当加大传动比，可减轻电动机轴上的阻转矩，避免出现带不动的情况。如无法加大传动比，则考虑增大电动机和变频器的容量。
　　(3)升速或降速中过电流
　　这往往是由于升速或降速过快而引起的。可通过延长升(降)速时间或准确预置升(降)速自处理(防失速)功能而解决[2]。
　　(4)过载
　　如出现过载现象，应重点检查以下三方面：机械负荷是否过重?三相电压是否平衡?是否是由于变频器内部的电流检测部分发生故障而引起的误动作?之后依据实际情况进行处理。
　　总结
　　随着电子科学技术的发展，变频器已经在在电力电子系统、工业自动控制等领域广泛应用。市场上不同型号规格变频器的安装、接线、调试各有特点，但主要方法及注意事项基本一致。若能对变频器多加了解和分析，必将有助于延长变频器的使用寿命，利于维持生产的正常进行和提高产品质量将会有很大的帮助。本文阐主要述了变频器的维护原则与常见变频器故障分析的基础知识。

涛声依旧

2013年05月08日 12:59:55

2楼

随着变频调速系统在动力牵引领域应用的深入，对变频电机测试系统的要求越来越高，尤其在以变频器为电源的工作模式下，频率变换及各频率下电机运行参数的测试，谐波对电机的影响，对电机性能的分析和参数计算显得尤为重要。
　　电机测试是利用仪器仪表对电机产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性等技术指标进行检测，主要分为型式试验和检查试验两大类。所谓型式试验是一种全面的性能试验，能够准确地得到电机的性能参数，确定电机是否全面达到技术要求，所以电机的型式试验对衡量电机能否正常、安全运行是非常重要的。
　　变频电机测试系统就是针对变频电源的工作特点，根据三相异步电机的试验方法(gb/t1032-2005)和小型变频变压调速电动机及电源技术条件(jb/t7118-1993)中对电机试验方法的要求，对变频电机运行参数进行测试。该系统利用最新sinamicss120驱动控制系统实现运动控制，使用三相笼型电机作为负载设备，普通三相笼型异步电动机作为可逆发电机控制，不需专门的励磁及励磁调节装置，不耗费精力研制能量回馈装置，利用最新的西门子硬件技术，在scout工程软件下，使用simotion进行编程，实现逻辑和运算功能、工艺控制、运动控制于一体的能量回馈节能技术。
　　2 变频电机试验特点
　　变频电机在设计上与普通三相异步电机的区别主要是电磁方面，需要解决的关键问题是改善电动机对非正弦波电源的适应能力，减小高次谐波和高频电压对电机的影响。基于这些方面的改进，相应的试验方法也有所变化。普通三相异步电机试验内容主要包括：空载试验、堵转试验、负载试验、耐压试验、温升试验等。根据国家标准的规定，变频电机测试主要在负载试验环节和温升试验环节进行了调整，其他试验方法仍按照标准gb/t1032-2005中的要求进行。
　　变频电机负载试验和温升试验都要求测试电机在不同频率下的性能参数，所以这对自动测试系统提出更高的要求。以负载试验为例，需将电机调至5、 15、30、50hz的频率下测取电动机的额定转矩、110%额定转矩、80%额定转矩各点处的转矩，随后分别在75、100hz的频率下测取电动机的标称功率、110%标称功率、80%标称功率各点处的功率转矩值。
　　3 系统构成
　　3.1 控制方案
　　现代变频器产品的控制技术主要有3种：脉宽调制(pwm)、矢量控制(vc)和直接转矩控制(dtc)。在电机测试应用中，电机的转矩和转速是其主要的控制对象和测量参数，因此适合采用具有优异转矩和转速控制特性的矢量控制和直接转矩控制变频器。附表列出两种控制技术的特点与性能比较。
　　
　　矢量控制和直接转矩控制都是已获实际应用的高性能控制技术，矢量控制技术在转矩动态响应速度上有所欠缺，但是能够获得较宽的调速范围和连续控制，低频段性能优于直接转矩控制。图1为sinamicss120单轴驱动器典型配置，它的功率模块采用矢量控制技术实现异步电机的转速和转矩的精确控制。
　　
　　3.2 能量回馈
　　电机测试的负载设备使用普通三相异步电机。传统的机械测功机如水力测功机、电涡流测功机及磁粉制动测功机都是将所吸收的能量以强迫风冷或循环水冷的方式消耗掉。这不仅白白浪费大量的能源，还使得整个测试系统非常复杂和笨重，动态特性也很差。
　　sinamicss120多轴驱动器的主动型电源模块(整流模块)提供能量回馈功能，采用电机模块(逆变器)控制普三相异步电机，能够将异步电机上吸收的能量通过电源模块直接返回到供电电网，且对直流母线电压进行闭环控制。对于不允许回馈的供电电网，也可以接制动单元和制动电阻来实现制动。这不仅可以节约大量的能源和试验测试费用，也大大简化了系统结构，提高了系统的动态响应和可靠性。
　　如图2所示，电源通过pwm整流器整流后，经逆变器为加载电机供电。当加载电机工作在发电状态时，电能被转换到直流侧，通过前端的pwm整流器(整流器工作在逆变状态)，将其变为交流点，并回馈电网。

涛声依旧

2013年05月08日 13:05:11

3楼

变压器有载自动调压控制系统
　　0　引言
　　电压质量是检验电能质量的一个重要标志，对国民经济发展和人民生活的提高有着密切的关系，电压的波动范围直接影响着用电设备的使用效率、工作性能及使用寿命。为了保证电压质量，国家对各级电网电压的允许波动范围都有着明确的规定，电压合格率已作为电力部门达标和创一流的主要考核指标。由于我国电源储备容量小，电网结构薄弱，电压波动范围受负荷影响较大。采用有载调压变压器，根据电压的要求，对有载分接开关进行自动调节，从而保证电压自动保持在合格范围内是提高电压质量的一个重要措施。目前，大部分有载调压变压器仍采用人工手动调节，由于人工手动调节存在着调整不及时，调节存在偏差以及易发生误调节等现象，难以保证电压的质量。国产的自动调压控制器普遍存在着智能化程度低，测量精度差，产品质量低，可靠性较低的现象，难以满足现场的实际需要。国外进口的自控器，尽管在性能和质量上能基本满足要求，但由于其参数及说明书均用外文说明，显示部分仍采用数码管显示，这给现场运行人员的运行和维护带来很大困难，致使一些进口控制器长期得不到使用，影响了电压质量的提高。为此，我们根据现场的实际需要，在吸收消化国外技术的基础上，研制了一套比国外进口设备更先进，适合于我国现场实际需要的变压器有载自动调压控制系统。
　　1　基本原理
　　变压器有载自动调压控制系统基本原理框图如图1所示。
　　
　　图1　变压器有载自动调压控制系统基本原理框图
　　1.1　电压形成部分
　　1.1.1　辅助TA
　　辅助TA的一次输入信号取自被控制变压器的TA二次电流，该电流的额定值为5 A，所以辅助TA的一次额定电流设计为5 A。为了把电流信号转换为适合计算机处理的电压信号，辅助TA二次侧并一20 Ω电阻。为了提高测量精度，防止饱和，辅助TA二次侧应取较低的电压，本设计取辅助TA二次侧电压为1 V。辅助TA的实际设计参数为
　　I1=5 A，P=60 mW，
　　N1=9，N2=810，
　　Φ1=1.5～2 mm，Φ2=0.21 mm
　　其中N1，N2为一、二次匝数;Φ1，Φ2为一、二次线径。
　　1.1.2　辅助TV
　　辅助TV一次输入电压取自母线TV二次电压，所以辅助TV的一次额定电压为100 V。为防止电压过高时造成辅助TV的饱和而影响其测量精度，且该控制装置不考虑50 V以下的测量精度，辅助TV的一次额定电压设计为130 V。辅助TV的实际设计参数为
　　U1=130 V，P=6 mW，
　　N1=3 600,N2=200,
　　Φ1=0.1(0.13) mm，Φ2=0.21(0.13) mm。
　　1.2　整流滤波
　　对电压形成部分送来的信号进行A/D转换时，通常有两种处理方法，即交流采样和直流采样。前者的优点是硬件电路简单，反应速度较快，其缺点是抗干扰性能差，软件较为复杂;而后者恰与其相反，通常在反应速度要求不是太快的情况下，采用直流采样。本设计中采用直流采样，其整流电路采用由精密运放构成的绝对值整流电路。
　　1.3　多路转换开关
　　多路转换开关采用AD7501。AD7501是具有8路模拟输入的8选1高速模拟转换开关，本装置只有4路输入信号，完全满足要求，且留有扩展的余地。
　　1.4　A/D转换
　　根据本装置对测量精度的要求，选择8位AD，精度稍差一点;选用10位AD，精度可满足要求，但10位AD不如12位AD使用普遍，所以设计中选用12 位AD芯片AD574作为转换芯片。AD574转换速度为25 μs，在本设计中电流、电压的纯A/D转换精度为0.05%，其转换速度和精度都满足要求，且有很大的裕度。
　　1.5　CPU芯片
　　本系统为中小控制系统，对速度要求不高，采用比较成熟的51系列单片机具有较好的抗干扰性能，故设计中CPU采用51系列8031芯片。
　　1.6　程序存储器EPROM
　　软件程序估计约有6 k字节，设计中采用使用较为普遍的8 k字节EPROM2764，容量满足要求，且易于选购。
　　1.7　自动复位电路
　　为了使控制装置适用于无人值守变电站，提高装置的抗干扰能力，防止程序在受到干扰时，可能出现的死锁或飞跑现象，设有由单稳触发电路构成的硬件自动复位电路，在程序受到某种干扰而停止运行时，硬件自动复位电路会使装置自动复位，重新正常运行。
　　1.8　E2PROM
　　为使定值能够永久保存和随时更改，设计中采用了电可擦除存储器，考虑到定值长度不会超过1 k字节，设计中选用了2 k字节的2816芯片。

涛声依旧

2013年05月08日 13:06:07

4楼

1.9　液晶显示
　　为了使工作人员能脱离使用说明书对各种参数进行整定，且保证不会发生误整定，设计中使用能向工作人员提示各种汉字信息的液晶显示模块。该模块可用汉字显示各种实时参数、定值参数，定值参数在线修改提示和各种故障信息。为此，设计中选用显示屏较大的MGLS-19264模块，每屏可显示16×16点阵汉字48个。
　　1.10　开关量输入
　　开关量输入来自有载分接开关的辅助接点，其开关量信号通过光电隔离送入计算机，根据送入的开关量判断两台变压器的有载分接开关是否同步。目前判断同步信号的电路是将所有分接头位置全部送入装置，大约有40路引线，这样做，引线及电路较复杂。我们采用的方式是将分接头位置连线就地连接，只引两条信号线到装置。这样做，引线及电路大为简化，如图2所示。
　　
　　图2　分接头就地连接示意图
　　1.11　软件程序
　　软件程序采用51指令编写，长度约为6 k字节，程序采用模块化结构，程序框图如图3所示。
　　
　　
　　
　　图3　变压器有载自动调压控制系统程序框图
　　2　动作过程
　　2.1　解列运行方式
　　(1) 若电压在合格范围内，装置不调节。
　　(2) 当电压超过电压上限，且电流小于过流闭锁定值，经过延时相应的变压器向下调节一个分接头。
　　(3) 当电压低于电压下限，电流小于过流闭锁定值，电压高于低压闭锁定值，经过延时相应的变压器向上调节一个分接头。
　　2.2　并列运行方式
　　(1) 若电压在合格范围内，装置不调节。　　(2) 当两台变压器的电压均超过电压上限，电流均小于各自的电流闭锁定值，分接头同步，经过延时，两台变压器均同时向上调节一个分接头。
　　(3) 当两台变压器的电压均低于电压下限，电流均小于各自的闭锁定值，电压均高于各自的低压闭锁定值，分接头同步，经过延时两台变压器均同时向上调节一个分接头。
　　为防止电压振荡时频繁调节，若发出相反的指令，则自动延时4 min，以躲过振荡周期。
　　3　装置主要特点
　　(1) 采用液晶显示，可用汉字显示各种实时参数和定值。使用操作简便，运行监视直观，使自动有载调压在现场推广使用成为可能。
　　(2) 智能化程度高，可用数字键在线修改定值，修改定值期间不影响控制系统正常运行。修改定值时，有汉字提示，无需使用说明书，克服了先进技术给现场工作人员带来的烦恼。
　　(3) 可靠性高，控制系统采用三组独立的电源，并对输入输出部分采用了光电耦合电路，提高了装置的抗干扰性能。在软件和输出口硬件电路中采用了防止拉合电源误动作的措施，即在软件上采取上电立即封锁出口，在硬件上采取掉电禁止对输出口的操作和输出口驱动回路并联抗干扰电容的方法。
　　(4) 测量精度高，控制系统分别采用了集成运放构成的精密整流电路和12位A/D模数转换，提高了测量精度，保证了控制系统的准确调节。