控制工程师论坛

随着变频器在工业生产中日益广泛的应用，了解变频器的结构，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用，及其常见故障越来越显示出其重要性。给异步电动机供电 (电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路，如图1所示。控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。
　　无速度检测电路为开环控制。在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。
　　运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
　　 与主回路电位隔离检测电压、电流等。 为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
　　 为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入 (比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。
　
　　 以装在异步电动轴机上的速度检测器 (TG、PLG等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

　　 检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
　　 逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下
　　　　①瞬时过电流保护由于逆变电流负载侧短路等，流过逆变器器件的电流达到异常值 (超过容许值)时，瞬时停止逆变器运转，切断电流。变流器的输出电流达到异常值，也同样停止逆变器运转。

　　 逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、电线等损坏要停止运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或者电子热保护 (使用电子电路)。过载是由于负载的GD2(惯性)过大或因负载过大使电动机堵转而产生。
　　
　　 采用逆变器是电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值。可以采取停止逆变器运转或停止快速减速的方法，防止过电压。
　　　　 对于数毫秒以内的瞬时停电，控制电路工作正常。但瞬时停电如果达数 10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停止运转。

　　 逆变器负载接地时，为了保护逆变器有时要有接地过电流保护功能。但为了确保人身安全，需要装设漏电断路器。
　
　　 有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感器，检出异常后停止逆变器。在温度上升很小对运转无妨碍的场合，可以省略。
　
　　 过载检出装置与逆变器保护共用，但考虑低速运转的过热时，在异步电动机内埋入温度检出器，或者利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作频繁时，可以考虑减轻电动机负载、增加电动机及逆变器容量等。
　　　 逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超过规定值时，停止逆变器运转。
　　其它保护
　　①防止失速过电流
　　 急加速时，如果异步电动跟踪迟缓，则过电流保护电路动作，运转就不能继续进行 (失速)。所以，在负载电流减小之前要进行控制，抑制频率上升或使频率下降。对于恒速运转中的过电流，有时也进行同样的控制。
　　②防止失速再生过电压
　　 减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为了防止再生过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进行控制，抑制频率下降，防止不能运转 (失速)。
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　　　 通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，即是输入为交流电源，交流电压三相整流桥整流后变为直流电压，然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载。当变频器刚上电时，由于直流侧的平波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个起动电阻来限制充电电流，常见的变频起动两种电路，如图 1所示。充电完成后，控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路，起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障，一般设计者在设计变频器的起动电路时，为了减少变频器的体积选择起动电阻，都选择小一些，电阻值在10～50Ω，功率为10～50W。
　　 当变频器的交流输入电源频繁通时，或者旁路接触器的触点接触不良时，以及旁路晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻烧坏。如遇此情况，可购买同规格的电阻换之，同时必须找出引出电阻烧坏的原因。如果故障是由输入侧电源频率开合引起的，必须消除这种现象才能将变频器投入使用；如果故障是由旁路继电器触点或旁路晶闸管引起，则必须更换这些器件。
　
　　 我厂一台变频器状态正常，但调不到高速运行，经检查，变频器并无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，上电运行时测试出现变频器直流母线电压只有 450V左右，正常值为580～600V，再测输入侧，发现缺了一相，故障原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的，为什么变频器输入缺相不报警仍能在低频段工作呢?实际上变频器缺一相输入时，是可以工作的，多数变频器的母线电压下限为400V，即是当直流母线电压降至400V以下时，变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时，直流母线电压为380*1.2＝452V>400V。当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可达到正常值，新型的变频器都是采用PWM控制技术，调压调频的工作在逆变桥完成，所以在低频段输入缺相仍可以正常工作，但因为输入电压低输出电压低，造成异步电机转矩低，频率上不去。
　　 出现这种故障显示时，首先检查加速时间参数是否太短，力矩提升参数是否太大，然后检查负载是否太重。如果无这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象，如果出现的话，很可能是 1PM模块出现故障，因为1PM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能，而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的，微控器接收到故障信息后，一方面封锁脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上，一般更换1PM模块。
　     变频器出现过压故障，一般是雷雨天气，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源 1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，因为这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”，变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸，对于这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。
　　 电机发热，变频器显示过载
　　 对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器如果出现这种故障，很可能是 V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题，如一台新装变频器，其驱动的是一台变频电机，电机额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，发热而过载。所以在新变频器使用以前，必须设置好该参数，另外使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机热过载，还有一种情形是设置的变频器载波率过高时，也会导致电机发热过载，最后一种情形是电气设计者设计变频器常常在低频段工作，而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题，致使电机工作一段时间后发热过载，对于这种，需加装散热装置。
　　　　最近维修一台三菱A540-55K变频器，是一位维修新手维修不好才拿到我们这里来，这台机本来是坏了一个模块，换好模块后，这位新手想测量驱动是否正常，把模块触发线拨掉，结果一通电就跳闸，检查后发现又烧掉一个模块！他想很久都弄不明白为什么会这样！ 原来IGBT模块的触发端在触发线拨掉后有可能留有小量电压，此时模块处于半导通状态，一通电就因短路而烧坏，GTR模块没有这特性，才可这样测试！
　　　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　我们维修不少三菱A240-22K变频器，都是坏模块！原因是保养不好，如散热器尘多堵塞、电路板太脏、散热硅脂失效等，这变频器的输出模块（PM100CSM120）是一体化模块，就是坏一路也要整个换掉，维修价格高！好的模块也难找！如果你的变频器还没坏，则要多加小心保养！特别是这几天天气炎热！
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　
　　　　最近维修一台安川616G5-55KW变频器，损坏严重，其原来是有一个快熔断了（三相各有一个快熔），电工可能是没有经验，没有检查模块是否有问题，又一时找不到快熔，就用一条铜线代替，开机后发出一声巨响，两个模块炸裂，吸收回路坏，推动板也无法维修，换新板，造成重大损失！按我们经验，如果快熔断则模块大多有问题，但模块坏快熔不一定断！铜线代替快熔的做法我们已见过不少次！
　　　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　我们发现经常有人在把三菱A240-5.5KW变频器换成A540-5.5KW时把A540-5.5KW“N”线接地！一送电变频器就发出巨响！变频器损坏严重！一方面是A540-5.5KW的“N”线与A240-5.5KW变频器的地线的位置相似！有的电工没看清楚就把地线接上去；有的电工则误认为“N”线就是地线！请三菱变频器用户小心接线　　　　　　　　　　　　　
　　　　　 很多人打来电话问到外观一样的模块怎样测出其电流的大小，其实很简单，只要用电容表，测出模块G-E或C-E结的电容量，电流大的电容量也大！注意要在同类型的模块中比较！
　　　　　　
　　　　　　
　　　　有一位电工打来电话，说他在给变频器试机时发现变频器输出电压有1000多伏（输入380V），问是否是变频器故障？是否会烧电机？他还不明白变频器只会降压，不会升压！！原来他是用数字万用表测量，由于变频器输出电压是高频载波，普通没防干扰的数字表在这里测量是很不准！
　　　　有此粗心的电工在给三菱A540变频器的辅助电源（R1、T1）接线时没有拿掉短接片，结果在把变频器烧掉后还弄不明白其道理，原来当短接片没拿掉时，变频器内部R与R1、T与T1是已连在一起，电工以为从R、T引来两条线没有分别，结果把R接到S1、T接到R1，造成相间短路，由于R与R1、T与T1的连线是通过电源板的中间层，结果把电源板烧掉，爆开成两层！一般情况下没必要接辅助电源（R1、T1）！
　　有的维修新手在维修变频器时不懂利用假负载，一当驱动有故障，烧掉模块后就说模块质量不好！假负载就是用一个几百欧的电阻（电灯炮也可以），串在主回路上，如有快熔就把它拿掉，装上电阻；没有快熔则可在主回上任何地方断开，串上这电阻！这个电阻起到限流作用，当模块有短路时也不会把模块烧掉，等开机后测量变频器输出正常，才把这假负载撤掉！！
　　　　　　 　
　　　　　　
　　　　很多工厂供电是发电机发电，当发电机有故障时，输出高压电常把变频器及电子仪器烧坏！这种情况是我们经常见过的，去年深圳就有一家拉丝厂一次就坏了二十几台30KW变频器，停产十几天，造成重大损失，工厂在发电机搞了很多保护方法可效果不太明显！后来我们想了一个被动的保护方法，就是在变频器或仪器的输入端的空气开关上加了压敏电阻（380V用821K，220V471K），这样当有高压电时压敏就会短路，空气开关跳闸，保护了变频器，变频器故障率大大减小，压敏电阻很便宜，这个方法可说是花小钱办大事！
　　　　　　　
　　　　并联（三相是三角接法）的压敏电阻瓦数大小没有严格要求，输入电流大的则选取的压敏电阻相对大一点（或几个并联）！当压敏电阻发生作用时它是完全短路！这时也要求你的空气开关质量好，反应快！保护电流也不要太大！接的地方当然是空气开关的输出端！
　　　今天有的朋友打来电话，说到压敏电阻问题，他问到有的变频器里面输入端也有压敏电阻，也应该有保作用！但根据我们修过的变频器的实际情况来看，轻伤的就只烧断电路板的铜线，重伤的就烧坏整流模块，开关电源，CPU板，电容，造成重伤的原因可能是当压敏电阻短路爆炸时它的金属碎片到处飞；爆炸时发出强大的静电及电磁波（很象雷击）；烧断电路板的铜线使空气开关不动作。 所以在变频器外面另加压敏电阻情况就好很多！
　　　　　　　　
　　　　　　
　    一家针织厂的一个电工被老板加奖2000元，原因就是受到我们的启示，用压敏电阻保住很多变频器及针织机械的电子板！可见效果是明显的！！
　　　　　　
　　　　　　
　　　 有的人买模块时要求型号一字不差！其实完全没必要这样，如模块7MBR25NF-120与7MBR25NE-120的参数是一样的，前者只多了四个定位脚！由于IGBT模块的驱动是电压控制，有更好的互换性，只要耐压、电流参数一样，不同型号的IGBT模块很多是可互换！有的安装尺寸不同的还可另钻孔！GTR模块则还需要考虑其放大倍数，互换性差一点！我们维修变频器那么便宜就是充分利用模块的互换性，避开用市场上热销的模块，不然模块价格高或难找到！
　　　　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　怎样选购模块：维修变频器，判定模块的质量也是关键！首先你要看模块是否被拆开过（看外观痕迹），现在有很多模块是维修过的，参数正常但质量很差！耐压值是最重要的参数，可用耐压表测量，输入380V的变频器的输出模块耐压值要大于1000V，220V则要600V！电流则可用电容表来比较判定大小！IGBT模块还可以用指针式万用表10K档检测其是否能动作，用指针（黑—红）去触发模块的G—E，可使模块C—E导通，当G—E短接时则C—E关闭！ 这方法是最简单最基本的测量方法，是维修新手可以做到的，专业的可不是这样测量　　　　　　
　　　 不少人维修变频器更换的模块没几天又坏掉，弄不清原因就拿到我们这里来，原来是有的螺丝没拧紧！看起来好象是小事，但对变频器却是致命的！我们发现，有很多变频器当装在有震动的设备上（如工业洗衣机、机床等）运行一段时间后，其主回路的连接螺丝和模块的紧固螺丝容易松动，此时最先损坏一般是模块，如果换了模块后没有紧固其它螺丝，则模块很快坏掉，就埋怨模块质量不好！也特别强调不要把变频器装在有震动的设备上，不然多好的变频器可能很快就坏了！
　　　　　　　　
　　　　　　　　 　　　　
　　　　我们经常看到有的维修高手过于自信，维修变频器不用假负载，觉得太麻烦，结果还是有烧模块的可能！如果用假负载，几乎可做到万无一失！除非你买的是假模块！！
　　　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　 很多人搞不清富士G9-5.5KW变频器整流模块CVM40CD120的结构，在这里简单说一下：
　　　　　　　　
　　　　　　　　 整流部分：R、S、T、A（+）、N-（-）
　　　　　　　　 充电可控硅：A、P1、Gth（触发）
　　　　　　　　 制动管：DB、N-、G7（触发）；DB、B+ 是其续流二极管
　　　　　　　　 电源开关管：D8、S8、G8
　　　　　　　　 热敏电阻：Th1、Th2
　　　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　山肯MF系列有一个通病，就是有时会显示“Erc”故障，这时可进行下列操作：打开参数90，写入“7831”，这时变频器显示“PASS”，写入“变频器容量数”，再把参数恢复出厂值（参数36=1）！
　　　　　　　　变频器容量数：2.2KW - 23 3.7KW-24 7.5KW-26
　　　　　　　　 15KW-28 22KW-30 30KW-31
　　　　　　　　 45KW-33 75KW-35 110KW-37
　　　　　　　　 其它功率类推！
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　有的人为了提高电机的转矩，常把变频器的转矩提升参数（或最低输出电压）调到很高！这样变频器的启动电流会很大，经常跳“过流”，也容易损坏模块！转矩提升应适当，可慢慢调上去并观察电流大小，负载大的最好用“矢量控制”，这时变频器能自动地输出最大转矩，变频器要进行“调谐（自学习）”，但真正有此功能的变频器并不多！更不能调低基本频率，国内电机设计基本频率是50HZ，当变频器的基本频率调小后，虽然可提高转矩，但电流急升，对变频器及电机都会造成伤害！！
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　 有的人没有给变频器的电源输入端安装空气开关，一当模块损坏，则电路板烧毁严重！甚至无法维修！特别是变频器里面不带熔断器的几个品牌更是这样！熔断器的电流也不能选太大！质量要好一点！
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　富士G9变频器3.7KW-7.5KW有一个共同的问题:其散热风扇功率大,转速高,当在尘多的工作环境中寿命会比较短!当风扇坏了以后变频器也不会马上跳“过热”保护（可能是保护温度值设置太高）,这时整个变频器的内部温度很高，使到驱动电路及电源电路的小电容容易老化，通常是开关电源最先停止工作！变频器没有显示！！这时候应把风扇及电源电路的二个小电容换掉就可以使变频器恢复正常！最好也把驱动电路的电容也换掉！！
　　　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　由于变频器是相对比较贵重的设备，不同牌子的价格差别又大，故障率又高，所以有的人在选购变频器时大伤脑筋！ 我们认为，当变频器是否正常运行对你的生产影响很大；当你的配套设备是卖到很远的地方；当你不想经常给机修工找麻烦！你还是用性能好的、价格高的名牌变频器！但也并非所有名牌都适合你使用！有的名牌变频器很娇气(怕湿、怕尘），要有好的环境才有好的质量！如果你的电机运行比较平稳，不用急停车，负载轻，电源电压稳定，变频器工作环境好，有故障也不影响生产，两年内坏包换新机，维修服务部又近，为了节省开支，你不妨考虑买一台价格比较低，名气过得去的变频器！
　　　　　　　　
　　　　　　　　
　　　 有的人在调试变频器时没有顾及变频器的“感受”！只根据生产需要把加减速时间调至1秒以下，变频器经常坏,当加速太快时，电机电流大，性能好的变频器会自动限制输出电流，延长加速时间，性能差的变频器会因为电流大而减小寿命！加速时间最好不少于2秒。当减速太快时，变频器在停车时会受电机反电动势冲击，模块也容易损坏！电机要急停的最好用上刹车单元，不然就延长减速时间或采用自由停车方式，特别是惯性非常大的大风机，减速时间一般要几分钟！
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　
　　 最近有两个工厂各坏一台75KW变频器，都是坏一个模块，可有一台模块的价格只有1300元（整台机共6个模块），可另一台的模块报价是23000元（一体化模块），所以购买变频器时你必须考虑以后维修的问题！
　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　经常发现有的人买模块回去自己修变频器时没有在模块底面涂上散热硅胶，这样模块的热量不能很好传给散热器，会因温度太高而烧毁！更不能涂麦乳胶（有的人是这样做），其作用相反！
　　　　　　
　　　　
　　 不少人维修变频器更换的模块没几天又坏掉，弄不清原因就拿到我们这里来，原来是有的螺丝没拧紧！看起来好象是小事，但对变频器却是致命的！我们发现，有很多变频器当装在有震动的设备上（如工业洗衣机、机床等）运行一段时间后，其主回路的连接螺丝和模块的紧固螺丝容易松动，此时最先损坏一般是模块，如果换了模块后没有紧固其它螺丝，则模块很快坏掉，就埋怨模块质量不好！也特别强调不要把变频器装在有震动的设备上，不然多好的变频器可能很快就坏了！
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　 有的人为了提高电机的转矩，常把变频器的转矩提升参数（或最低输出电压）调到很高！这样变频器的启动电流会很大，经常跳“过流”，也容易损坏模块！转矩提升应适当，可慢慢调上去并观察电流大小，负载大的最好用“矢量控制”，这时变频器能自动地输出最大转矩，变频器要进行“调谐（自学习）”，但真正有此功能的变频器并不多！ 更不能调低基本频率，国内电机设计基本频率是50HZ，当变频器的基本频率调小后，虽然可提高转矩，但电流急升，对变频器及电机都会造成伤害！
　　　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　我们的模块在卖出前是经严格测试！始终有一些不讲信用的人在把模块损坏后才要求退货，这是我们不能接受的！我们的退货条件是要求在装机前且在一个月之内！如果卖出的模块要我们保用，则要把变频器送给我们维修并收取合理的人工费！
　　　　　　
　　　　　　
　　　 如果你的车间同一个角落有很多变频器；如果你是啤酒厂、饮料厂（环境潮湿）；如果你是化工厂、陶瓷厂（尘多）；如果你是锅炉车间（温度高），你最好能把变频器安装在有空调的房间里，可以收到意想不到的效果，可大大降低变频器的故障率！大大延长变频器的寿命！
　　　　
　　　　
　　　 我们在维修大量变频器后发现变频器一个共同的特点，就是如果变频器的开关电源供电不是直接从主回路的滤波电容供给，而是从输入端就与主回路分开独立供给，如果电源是380V的则最好变压成220V（整流）再供给开关电源，虽然这样变频器会复杂点，但其故障率会大大降低！因为很大部分变频器故障与开关电源有关系！当变频器在运行时其主回路直流电压很多时候是不稳定的，如果开关电源供电是从主回路的滤波电容供给时，开关电源就容易坏！希望变频器设计者能注意到这问题！
　　　　　　
　　　　
　　　 工厂的地线很少断，但断了以后没使人触电却烧毁了变频器！有一个啤酒厂同时损坏十几丹佛斯变频器，现象是主板接线端子出现强电打火，烧坏主板。经现场调查，是由于有一个电机漏电，工厂的地线也刚好生锈断掉，强电经变频器地线反串入变频器主板！地线对防雷也很重要，如果电工有空不妨请他检查一下地线是否快断了！