1 引言
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，新型大功率電力電子元器件的誕生，集成電路和 微機技術(shù)的應(yīng)用，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日趨完善和成熟。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以調(diào) 速范圍寬、動態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速精度高、保護功能完善和操作簡單等優(yōu)點，已在冶 金、石化、電力、機械、民用電器等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 變頻器在正常使用6-10年后，就進入故障的高發(fā)期，經(jīng)常會出現(xiàn)元器件燒壞、失 效、保護功能頻繁動作等故障現(xiàn)象，嚴重影響其正常運行。在長期從事設(shè)備維修 工作中，本人遇到過許多不同的變頻器故障，在對其處理過程中，發(fā)現(xiàn)其故障類 別有一定的共性和規(guī)律。在實際維修中，只要抓住其特征，掌握故障處理的規(guī)律 ，就能做好變頻器的維修工作，使變頻器在實際中出現(xiàn)的各種故障得到及時處理 和解決，并延長其使用壽命。首先，要根據(jù)變頻器的使用技術(shù)規(guī)范要求，制定完 善的日常維護措施和檢修周期，使故障隱患在初期得到解決，尤其是在惡劣環(huán)境 條件下使用的變頻器，這項措施更為重要。其次，專業(yè)維修人員必須全面了解其 原理、結(jié)構(gòu)和控制方式等常識。此外，還要有豐富的實踐維修經(jīng)驗和扎實的電氣 理論知識。
2 變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀
在實際設(shè)備維修中，遇到最多的是進口變頻器。如富士、三墾、ABB、AB、西門子 等廠家。特別是在大、中型企業(yè)舊設(shè)備技術(shù)改造中，應(yīng)用最為廣泛。其原因是由 于十多年前國內(nèi)生產(chǎn)變頻器的廠家很少，其產(chǎn)品功能簡單、性能低、質(zhì)量不高。 而進口變頻器機型多、技術(shù)成熟、功能齊全、性能優(yōu)越、質(zhì)量高、耐用的特點， 并且適合不同設(shè)備拖動需求，故占據(jù)著國內(nèi)變頻器市場的主要部分。在多年的實 際使用中，發(fā)現(xiàn)進口變頻器也存在著一個很大的問題，就是國內(nèi)多數(shù)代理商和經(jīng) 銷商在推銷進口變頻器時，一般是以國外已開始淘汰的機型為主，由于這類產(chǎn)品 的價格不高，國內(nèi)企業(yè)普遍能夠接受。另外，國企在設(shè)備技術(shù)改造中，因改造資 金不足、對方案設(shè)計不重視、審批專業(yè)性不強等其它原因，會自然選擇這種機型 。故設(shè)備技術(shù)改造完成2-3年后，就出現(xiàn)變頻器維修配件或整機購買不到現(xiàn)象。代 理商以這種產(chǎn)品淘汰，又推銷另外一種機型，結(jié)果出現(xiàn)了同一個設(shè)備改造項目， 卻采用多種機型控制的情況。如我廠炭素一、二期焙燒4臺多功能天車變頻器改造 ，分別采用AB公司AC800-01、AC800-02兩種變頻器（2臺是2002年實施的改造；另 2臺是2003年完成的）。又如我廠炭素凈化系統(tǒng)4臺200kW的排煙機2001年選用ABB 公司ASC600（250kW）機型實施變頻器改造后，運行3年多，就有2臺變頻器因無備 件停用（因這種機型淘汰，已不生產(chǎn)，無備件供應(yīng)）。 隨著經(jīng)濟和技術(shù)的迅速發(fā)展和進步，近幾年國內(nèi)眾多廠家在變頻器研制和開發(fā)方 面，已開始了大規(guī)模資金和人力的投入。目前國產(chǎn)變頻器在控制技術(shù)和功能上， 已取得了顯著的進步和成就。但由于過去的遺留的舊觀念和態(tài)度，人們在實際應(yīng) 用中，仍然對國產(chǎn)變頻器的性能和質(zhì)量有較深的懷疑和偏見，故目前制約著國產(chǎn) 變頻器推廣和應(yīng)用。但國產(chǎn)變頻器以其低價格，維修方便、配件供應(yīng)及時等優(yōu)點 ，正在逐漸被國內(nèi)企業(yè)技術(shù)人員認可和接納。 3 變頻器的常見故障及維修對策 目前，大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)中，由于維修人員素質(zhì)、能力、實踐經(jīng)驗及設(shè)備管理不到 位等原因，在設(shè)備維修工作上，主要采取設(shè)備元部件整體更換的維修工作方式。 對于設(shè)備中變頻器維修，也普遍采取整機報廢、更換（或更新）維修方式。故企 業(yè)內(nèi)廢舊整機變頻器數(shù)量很多，每年要花費大量資金購置新的變頻器，以維持實 際設(shè)備運行需要。另外，由于變頻器在使用中故障頻繁，從維修人員到管理層普 遍認為只有進口機型，才有高質(zhì)量、低故障的保障。對變頻器使用環(huán)境、維護不 重視，將各類異常故障歸結(jié)于質(zhì)量問題，故出現(xiàn)了設(shè)備完成變頻器技術(shù)改造的幾 年后，又提出了新的設(shè)備變頻器技改項目（這種技改其實是變頻器更新工作）， 使一臺設(shè)備多次實施技改，浪費了大量資金，影響著企業(yè)生產(chǎn)成本降低和效益的 提高。
3.1 變頻器故障分類
根據(jù)變頻器發(fā)生故障或損壞的特征，一般可分為兩類；一種是在運行中頻繁出現(xiàn) 的自動停機現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據(jù)隨機說明書 上提供的指導(dǎo)方法，進行處理和解決。這類故障一般是由于變頻器運行參數(shù)設(shè)定 不合適，或外部工況、條件不滿足變頻器使用要求所產(chǎn)生的一種保護動作現(xiàn)象； 另一類是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低 或擊穿等突發(fā)故障（嚴重時，會出現(xiàn)打火、爆炸等異�，F(xiàn)象）。這類故障發(fā)生后 ，一般會使變頻器無任何顯示，其處理方法是先對變頻器解體檢查，重點查找損 壞件，根據(jù)故障發(fā)生區(qū)，進行清理、測量、更換，然后全面測試，再恢復(fù)系統(tǒng)， 空載試運行，觀察觸發(fā)回路輸出側(cè)的波形，當6組波形大小、相位差相等后，再加 載運行，達到解決故障的目的。本文主要闡述第二類故障的分析和處理方法。
3.1.1 主電路故障
根據(jù)對變頻器實際故障發(fā)生次數(shù)和停機時間統(tǒng)計，主電路的故障率占60%以上；運 行參數(shù)設(shè)定不當，導(dǎo)致的故障占20%左右；控制電路板出現(xiàn)的故障占15%；操作失 誤和外部異常引起的故障占5%。從故障程度和處理困難性統(tǒng)計，此類故障發(fā)生必 然造成元器件的損壞和報廢。是變頻器維修費用的主要消耗部分。
（1）整流塊的損壞
變頻器整流橋的損壞也是變頻器的常見故障之一，早期生產(chǎn)的變頻器整流塊均以 二極管整流為主，目前部分整流塊采用晶閘管的整流方式（調(diào)壓調(diào)頻型變頻器） 。中、大功率普通變頻器整流模塊一般為三相全波整流，承擔著變頻器所有輸出 電能的整流，易過熱，也易擊穿，其損壞后一般會出現(xiàn)變頻器不能送電、保險熔 斷等現(xiàn)象，三相輸入或輸出端呈低阻值（正常時其阻值達到兆歐以上）或短路。 在更換整流塊時，要求其在與散熱片接觸面上均勻地涂上一層傳熱性能良好的硅 導(dǎo)熱膏，再緊固螺絲。如果沒有同型號整流塊時，可用同容量的其它類型的整流 塊替代，其固定螺絲孔，必須重新鉆孔、攻絲，再安裝、接線。例如，一臺80年 代中期西門子生產(chǎn)的變頻器（7.5kVA）整流模塊（橢圓形）擊穿后，因無同類整 流塊配件，采用三墾生產(chǎn)的同容量整流塊（矩形）替代后，已運行多年，目前仍 然能正常使用。
（2）充電電阻易損壞
導(dǎo)致變頻器充電電阻損壞原因一般是：如主回路接觸器吸合不好時，造成通流時 間過長而燒壞；或充電電流太大而燒壞電阻；或由于重載啟動時，主回路通電和 RUN信號同時接通，使充電電阻既要通過充電電流，同時又要通過負載逆變電流， 故易被燒壞。其損壞的特征，一般表現(xiàn)為燒毀、外殼變黑、炸裂等損壞痕跡。也 可根據(jù)萬用表測量其電阻（不同容量的機器，其阻值不同，可參考同一種機型的 阻值大小確定）判斷。
（3）逆變器模塊燒壞
中、小型變頻器一般用三組IGTR（大功率晶體管模塊）；大容量的機種均采用多 組IGTR并聯(lián)，故測量檢查時應(yīng)分別逐一進行檢測。IGTR的損壞也可引起變頻器OC （+pA或+pd或+pn）保護功能動作。逆變器模塊的損壞原因很多:如輸出負載發(fā)生 短路；負載過大，大電流持續(xù)運行；負載波動很大，導(dǎo)致浪涌電流過大；冷卻風(fēng) 扇效果差；致使模塊溫度過高，導(dǎo)致模塊燒壞、性能變差、參數(shù)變化等問題，引 起逆變器輸出異常。如一臺FRN22G11S-4CX變頻器，輸出電壓三相差為106V，解體 在線檢查逆變模塊（6MBP100RS-120）外觀，沒發(fā)現(xiàn)異常，測量6路驅(qū)動電路也沒 發(fā)現(xiàn)故障，將逆變模塊拆下測量發(fā)現(xiàn)有一組模塊不能正常導(dǎo)通，該模塊參數(shù)變化 很大（與其它兩組比較），更換之后，通電運行正常。又如MF-30K-380變頻器在 啟動時出現(xiàn)直流回路過壓跳閘故障。這臺變頻器并不是每次啟動時，都會過壓跳 閘。檢查時發(fā)現(xiàn)變頻器在通電（控制面板上無通電顯示信號）后，測得直流回路 電壓達到500V以上，由于該型變頻器直流回路的正極串接1只SK-25接觸器。在有 合閘信號時經(jīng)過預(yù)充電過程后吸合，故懷疑預(yù)充電回路性能不良，斷開預(yù)充電回 路，情況依舊。用電容表檢查濾波電容發(fā)現(xiàn)已失效，更換電容后，變頻器工作正 常。
3.1.2 輔助控制電路故障
變頻器驅(qū)動電路、保護信號檢測及處理電路、脈沖發(fā)生及信號處理電路等控制電 路稱為輔助電路。輔助電路發(fā)生故障后，其故障原因較為復(fù)雜，除固化程序丟失 或集成塊損壞（這類故障處理方法一般只能采用控制板整塊更換或集成塊更換） 外，其他故障較易判斷和處理。
（1）驅(qū)動電路故障
驅(qū)動電路用于驅(qū)動逆變器IGTR，也易發(fā)生故障。一般有明顯的損壞痕跡，諸如器 件（電容、電阻、三極管及印刷板等）爆裂、變色、斷線等異�，F(xiàn)象，但不會出 現(xiàn)驅(qū)動電路全部損壞情況。處理方法一般是按照原理圖，每組驅(qū)動電路逐級逆向 檢查、測量、替代、比較等方法；或與另一塊正品（新的）驅(qū)動板對照檢查、逐 級尋找故障點。處理故障步驟：首先對整塊電路板清灰除污。如發(fā)現(xiàn)印刷電路斷 線，則補線處理；查出損壞器件即更換；根據(jù)筆者實踐經(jīng)驗分析，對懷疑的元器 件，進行測量、對比、替代等方法判斷，有的器件需要離線測定。驅(qū)動電路修復(fù) 后，還要應(yīng)用示波器觀察各組驅(qū)動電路信號的輸出波形，如果三相脈沖大小、相 位不相等，則驅(qū)動電路仍然有異常處（更換的元器件參數(shù)不匹配，也會引起這類 現(xiàn)象），應(yīng)重復(fù)檢查、處理。大功率晶體管工作的驅(qū)動電路的損壞也是導(dǎo)致過流 保護功能動作的原因之一。驅(qū)動電路損壞表現(xiàn)出來最常見的現(xiàn)象是缺相，或三相 輸出電壓不相等，三相電流不平衡等特征。
（2）開關(guān)電源損壞
開關(guān)電源損壞的一個比較明顯的特征就是變頻器通電后無顯示。如：富士G5S變頻 器采用了兩級開關(guān)電源，其原理是主直流回路的直流電壓由500V以上降為300V左 右，然后再經(jīng)過一級開關(guān)降壓，電源輸出5V，24V等多路電源。開關(guān)電源的損壞常 見的有開關(guān)管擊穿，脈沖變壓器燒壞，以及次級輸出整流二極管損壞，濾波電容 使用時間過長，導(dǎo)致電容特性變化（容量降低或漏電電流較大），穩(wěn)壓能力下降 ，也容易引起開關(guān)電源的損壞。富士G9S則使用了一片開關(guān)電源專用的波形發(fā)生芯 片，由于受到主回路高電壓的竄入，經(jīng)常會導(dǎo)致此芯片的損壞，由于此芯片市場 很少能買到，引起的損壞較難修復(fù)。 另外，變頻器通電后無顯示，也是較常見的故障現(xiàn)象之一，引起這類故障原因， 多數(shù)也是由于開關(guān)電源的損壞所致。如MF系列變頻器的開關(guān)電源采用的是較常見 的反激式開關(guān)電源控制方式，開關(guān)電源的輸出級電路發(fā)生短路也會引起開關(guān)電源 損壞，從而導(dǎo)致變頻器無顯示。
（3）反饋、檢測電路故障
在使用變頻器過程中，經(jīng)常會碰到變頻器無輸出現(xiàn)象。驅(qū)動電路損壞、逆變模塊 損壞都有可能引起變頻器無輸出，此外輸出反饋電路出現(xiàn)故障也能引起此類故障 現(xiàn)象。有時在實際中遇到變頻器有輸出頻率，沒有輸出電壓（實際輸出電壓非常 小，可認為無輸出），這時則應(yīng)考慮一下是否是反饋電路出現(xiàn)了故障所致。在反 饋電路中用于降壓的反饋電阻是較容易出現(xiàn)故障的元件之一；檢測電路的損壞也 是導(dǎo)致變頻器顯示OC（+pA或+pd或+pn）保護功能動作的原因，檢測電流的霍爾傳 感器由于受溫度，濕度等環(huán)境因素的影響，工作點容易發(fā)生飄移，導(dǎo)致OC報警。 總之，變頻器常見故障有過流、過壓、欠壓以及過熱保護，并有相應(yīng)的故障代碼 ，不同的機型有不同的代碼，其代碼含義可查閱隨機使用說明書，參考處理措施 進行解決。過流經(jīng)常是由于GTR（或IGBT）功率模塊的損壞而導(dǎo)致的，在更換功率 模塊的同時，應(yīng)先檢查驅(qū)動電路的工作狀態(tài)，以免由于驅(qū)動電路的損壞，導(dǎo)致GTR （或IGBT）功率模塊的重復(fù)損壞；欠壓故障發(fā)生的主要原因是快速熔斷器或整流 模塊的損壞，以及電壓檢測電路的損壞，電壓檢測采樣信號是從主直流回路直接 取樣，經(jīng)高阻值電阻降壓，并通過光耦隔離后送到CPU處理，由高低電平判斷是欠 壓還是過壓；過熱停機，多數(shù)原因是由冷卻風(fēng)扇散熱不足引起的。如我廠鋁電解 車間環(huán)境惡劣，高粉塵、高溫（夏季廠房上部氣溫高達56℃）、高氧化鋁粉塵、 氟化氫腐蝕氣體使多功能天車上變頻器內(nèi)電路板易積塵、風(fēng)扇粘死、電子器件老 化迅速、GTR(或IGBT模塊過熱燒壞，故經(jīng)常出現(xiàn)過熱保護，特別是在夏季，這種 現(xiàn)象更加頻繁，而且模塊燒壞率很高，即使進口機型（如Siemens、senken、fuji 等）情況也是如此。為解決這個問題，我們通過加大天車上使用變頻器容量，才 初步降低了變頻器的故障率和報廢率，但效果并不理想。 4 降低變頻器故障和延長使用壽命的措施 根據(jù)實驗證明，變頻器的使用環(huán)境溫度每升高10℃，則其使用壽命減少一半。為 此在日常使用中，應(yīng)根據(jù)變頻器的實際使用環(huán)境狀況和負載特點，制定出合理的 檢修周期和制度，在每個使用周期后，將變頻器整體解體、檢查、測量等全面維 護一次，使故障隱患在初期被發(fā)現(xiàn)和處理。
4.1 作好檢修工作
（1）定期（根據(jù)實際環(huán)境確定其周期間隔長短）對變頻器進行全面檢查維護，必 要時可將整流模塊、逆變模塊和控制柜內(nèi)的線路板進行解體、檢查、測量、除塵 和緊固。由于變頻器下進風(fēng)口、上出風(fēng)口常會因積塵或因積塵過多而堵塞，其本 身散熱量高，要求通風(fēng)量大，故運行一定時間后，其電路板上（因靜電作用）有 積塵，須清潔和檢查。
（2）對線路板、母排等維修后，要進行必要的防腐處理，涂刷絕緣漆，對已出現(xiàn) 局部放電、拉弧的母排須取除其毛刺，并進行絕緣處理。對已絕緣擊穿的絕緣柱 ，須清除炭化或更換。
（3）對所有接線端檢查、緊固，防止松動引起嚴重發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生。
（4）對輸入（包括輸出）端、整流模塊、逆變模塊、直流電容和快熔等器件進行 全面檢查、參數(shù)測定，發(fā)現(xiàn)燒毀或參數(shù)變化大的器件應(yīng)及時更換。
（5）對變頻器內(nèi)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動狀況、要經(jīng)常仔細檢查，斷電后，用手轉(zhuǎn)動風(fēng)葉，觀察 軸承有無卡死或轉(zhuǎn)動不靈活現(xiàn)象，必要時更換處理。
（6）仔細檢查控制電路板上電子元器件，檢查和處理脫焊、變色、鼓肚、開裂、 斷線（印刷板線路）等異�，F(xiàn)象，必要時對外表異常的元器件，可從電路板上脫 焊測量檢查或更換。
（7）由于變頻器在設(shè)計時其電子元器件考慮了使用老化引起的容量降低問題，故 在維修中，不必對容量降低小的電容立即更換。在實際中，電容容量降低高低與 變頻器使用環(huán)境、負載大小、工作制等狀況有直接的關(guān)系，惡劣環(huán)境、負載越大 、停啟頻繁等運行狀況，會加速直流主電容老化。另外，定期維護時，要詳細檢 查主直流回路電容器有無漏液、外殼有無膨脹、鼓泡或變形，安全閥是否沖開， 并對電容容量、漏電流（漏電流大，會使電容器過熱，引起安全閥沖開，甚至電 容爆炸）、耐壓等進行測試，對容量降低30%以上、漏電流超過70mA、耐壓低于 650V的電容應(yīng)及時更換。對新電容或長期閑置未使用的電容，應(yīng)進行性能測試， 滿足使用要求后才可替換使用。
（8）對整流塊、逆變GTR（或IGBT）等大載流量的器件要用萬用表、電橋等儀器 、工具進行檢測和耐壓實驗，測定其正向、反向電阻值，并做表格記錄，對參數(shù) 相差較大的模塊要更換。
（9）對主接觸器及其它輔助繼電器進行檢查，仔細觀察各接觸器動靜觸頭有無拉 弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，發(fā)現(xiàn)此類問題應(yīng)對其相應(yīng)的動靜觸頭進行更換 ，確保其接觸安全可靠。
（10）經(jīng)常檢查電源電壓波動程度。改善變頻器使用環(huán)境和負載波動大的現(xiàn)象， 避免大電流對變頻器沖擊的影響。
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