变频器故障分析及解决方案

1.变频调速

（1）变频调速的两种基本控制方式。单从异步电动机转速公式来看，只要改变定子交流电的频率f1就可以调节电动机的转速了，但事实上，只改变f1并不能实现正常的调速。实际应用中，通常不仅要求实现转速调节，同时还要求调速系统具有满足生产工艺要求的机械特性和调速指标。变频调速的两种基本控制方式是基频以下恒转矩变频调速和基频以上恒功率变频调速。如果将恒转矩调速和恒功率调速结合起来，可得到较宽的调速范围。所以变频调速是将基频以下恒转矩控制方式和基频以上恒功率控制方式结合起来使用的。

（2）变频调速的特点。变频调速可以使用标准电动机，可以连续调速，可通过电子回路改变相序、改变转速方向等。其优点有启动电流小，可调节速度，电动机可以高速化和小型化，保护功能齐全等。变频调速的应用领域非常广泛，例如应用于风机、泵、搅拌机、精纺机和压缩机等节能效果显著；应用于机床如车床、钻床、铣床、磨床等能够提高生产率和质量；还可广泛应用于其他领域，例如起重机械和各种传送带的多台电动机的同步、调速等。

（3）变频调速的节能技术。在交流电动机中，要使电动机输出定转矩，需要从定子侧通过旋转磁场输出功率到转子侧，这个电磁功率为Pm=ωT。Pm与转矩和旋转磁场速度的乘积成正比，以定转矩调速时，若ω不变，那么从定子送到转子的功率不变，要使转速降低，通常增大转子回路的电阻，使之产生损耗，即

P2=ωrT=Tω（1-s）=Pm-sPm

式中：sPm为转差功率，是消耗在转子电阻上的功率。

因此改变s的调速是耗能调速，称为低效调速。而改变f是一种改变旋转磁场同步速度的方法，是不耗能调速，因s不变，输出功率不增加，即P2=ωrT=Tω（1-s）=Pm（1-s），损耗未增加，所以是高效调速，能起到节能的效果。

2.变频器

（1）变频器的概念。异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压频率的可调电源，实现前面介绍的U/f调速控制，这类能够实现变频调速功能的装置称为变频器。简单来说，变频器就是转换电能并能改变频率的电能转换装置。

（2）变频器的分类及特点。变频器的大致分类如图2.22所示。

图2.22　变频器的分类

交—交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可调节控制的交流电，又称为直接变频器；而交—直—交变频器是先把电网的工频交流电通过整流器变成直流电，经过中间滤波环节后再把直流电逆变成频率、电压均可调节控制的交流电，又称为间接变频器。

（3）交—直—交变频器的结构。交—直—交变频器的结构如图2.23所示，一般由主回路、控制回路和保护回路3部分构成。主回路用来完成电能的转换（整流和逆变）；控制回路用以实现信息的采集、变换、传送和系统控制；保护回路除用于防止因变频器主回路的过压、过流引起的损坏外还应保护异步电动机及传动系统等。

图2.23　交—直—交变频器的结构图

图2.24　IGBT耐压测量电路

（4）变频器的故障分析。变频器主电路主要由整流器、逆变器和中间直流环节构成。对整流器好坏的判断主要是对二极管的判别，测量6个二极管的正向电阻值，如果基本接近，则整流器基本完好；对逆变器好坏的判别主要是对IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）的判别，对IGBT管的简单判别方法是用兆欧表测量其电压，能产生1000V直流电源，测量电路如图2.24所示（注：G必须与E相连），还可以对GE充正电测量导通，充负电测量截止，用兆欧表测量续流二极管正向电阻值，容量相同的模块正向电阻值基本相近，一般为数百Ω；中间直流环节如果是电容用电容测试仪测量，电解电容的误差为标称值的±20%，寿命一般为5年，易发生容量下降、发热、膨胀、漏液等故障。

变频器控制电路主要由主控电路、保护电路和操作显示电路等构成，控制电路的核心是CPU。从维修角度讲，修主板的难度较大，判定主板的好坏，最常用的方法就是代换法。板上明显故障可修理，隐藏故障的修理比较复杂，常利用示波器进行分析判断。

保护电路主要包括过电流、过载、过压和欠压、过热以及接地保护。过电流保护对变频器进行保护主要依据变频器的额定电流值来确定；过载保护对电动机和变频器都可以起到保护作用，主要依据是电动机和变频器的温升不应超过其额定值；过压和欠压保护对变频器进行保护，制动开启电压应在690～720V之间选择；过热保护通过温度继电器和热敏电阻实现；接地保护使用零序电流互感器和在直流侧安装霍尔器件来实现。

总体来说，变频器的故障大致分为参数设置故障、过电流和过载类故障、过电压和欠电压类故障、综合故障等。

参数设置故障包括电动机参数、控制参数和变频器的频率给定方式和启动方式。矢量控制变频器需要设置电动机参数，如电动机功率、电流、电压、转速、功率因数等，这些参数应与电动机铭牌参数一致，否则就会使控制精度降低或变频器工作不正常；控制参数为每一种控制方式对应一组参数设定，如果设定不正确会影响变频器正常工作；频率给定方式和启动方式由面板给定、端子给定或计算机通信给定。

过电流和过载故障是变频器的常见故障，过电流故障可分为加速过电流故障、减速过电流故障和恒速过电流故障，过载故障包括变频器过载故障和电动机过载故障。(www.xing528.com)

过电压和欠电压故障包括欠电压故障、过电压故障和加速过电压故障。

综合性故障主要涉及控制板上的问题，其原因比较复杂，实际上主回路在高电压、大电流下工作温度也比较高，因此故障的概率最高。据统计，变频器主回路的故障占整个故障的70%以上，对于控制板上的故障一般用换件的方式解决。

变频器的常见故障如下：

1）变频器过电流跳闸后，出现重新启动时，一加速就跳闸。出现上述情况的原因及解决方案是：①负载侧短路，这时排除短路即可排除故障；②负载过重，工作机械卡阻，这时减小负载的同时检查机械卡阻的原因并排除；③电动机的启动转矩小，拖动系统转不起来，这时要设法增大启动转矩；④逆变电路中逆变管损坏，这时只能更换逆变管。

2）变频器过电流跳闸，重新启动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸。出现上述情况的原因及解决方案是：①升降速时间设定太短，这时只需重新设定时间值即可；②电子热继电器误动作，因为动作电流设定值太小，这时要重新整定电流设定值。

3）变频器过电压跳闸。出现上述情况的原因及解决方案是：①输入电源电压过高，降低电源电压到合适值；②放电支路故障不放电，检查放电支路，排除故障；③降速时间设定太短，重新设定降速时间值。

4）变频器欠电压跳闸。出现上述情况的原因及解决方案是：①输入电源电压过低，提高电源电压值；②电源容量小，增大电源容量；③电源侧接触不良，检查电源侧器件；④整流桥故障，检查整流桥；⑤电源可能缺相，查找缺相原因。

5）变频器功能参数预置不当导致电动机不转。出现上述情况的原因及解决方案是：①上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定不合适，出现矛盾，需重新设定匹配的频率值；②使用外接给定时，未对“键盘给定/外接给定”的选择进行预置，进行预置即可。

6）变频器机械卡阻或启动转矩小导致电动机不转。出现上述情况的原因及解决方案是：①机械卡阻，检查卡阻原因并处理；②电动机的启动转矩小，增大启动转矩；③变频器的电路故障，检查变频器的电路并处理。

（5）变频器的日常维护。变频器在长期运行中，由于使用环境中温度、湿度、灰尘和振动等因素的影响，内部元件会发生变化或老化，因此需要对变频器进行日常维护，主要应注意以下内容：

1）运行参数是否在规定范围内，电源电压是否正常？

2）变频器操作面板显示是否正常，仪表指示是否正确，是否有振动、振荡现象？

3）冷却风扇是否运转正常，有无异常声响？

4）变频器和电动机是否有异常噪声、异常振动及过热现象？

5）变频器及引出电缆是否过热、变色、变形、异味、有噪声等？

6）变频器的周围环境是否符合标准规范，温度和湿度是否正常？

除上述维护情况外，用户还要根据环境情况，每3～6个月对变频器进行1次定期检查，操作注意安全。检查和处理内容如下：

1）输入、输出端子和铜排是否过热变色、变形，螺钉是否松动？

2）主回路的绝缘是否满足要求？控制回路端子螺钉是否松动？

3）电解电容是否膨胀、漏液？

注意：1）用干燥的压缩空气吹去电路板、散热器风道上的粉尘。

2）长期不用的变频器，需进行充电“老化”，方法是用调压器慢慢升压至额定电压，无需带负载，时间2h以上，每年至少1次。

3）零部件有的需要定期更换，如冷却风机3年更换、直流侧电解电容5年更换、电路板上电容7年更换等。