變頻器的概述與應(yīng)用及其常見問題的處理

南通醋酸纖維有限公司 張 秦 徐英杰 韓 宇 邱天博

變頻器在整個(gè)電力行業(yè)、冶金業(yè)、供水等領(lǐng)域得到了廣泛的使用，既能夠保障調(diào)速以及平滑度，也能夠擴(kuò)大調(diào)速的范圍，還能夠有效的提升調(diào)速效率，減少啟動(dòng)的電流，使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行趨于穩(wěn)定，很大程度上減少能源的消耗[1]。但在變頻器的使用過程中，如果使用不當(dāng)或存在一些操作失誤，就會(huì)引發(fā)故障和一些安全隱患，進(jìn)而使得儀器的使用壽命縮短。

1 變頻器基本概念概述

變頻器在電力設(shè)備中廣泛的應(yīng)用，最主要的作用就是改善交流電機(jī)的供電頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定的目標(biāo)：變頻器基本構(gòu)造。主要有整流單元、濾波單元、逆變單元、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、控制單元組成；變頻器基本原理。各個(gè)組件發(fā)揮作用，使得工頻電流轉(zhuǎn)換為各種頻率的交流電，從而促使電機(jī)的速度發(fā)生變化。基本過程為：由控制電路對(duì)主電路進(jìn)行控制；通過整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并將其輸入到中間電路中；在中間電路平滑濾波的處理直流電，將其輸入逆變電路；在逆變電路的作用下使直流電二次轉(zhuǎn)化為交流電[2]。

影響變頻器停止運(yùn)行的因素：變頻器的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合理。會(huì)導(dǎo)致變頻器的外部情況難以滿足設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行條件，所以會(huì)導(dǎo)致變頻器自身的保護(hù)機(jī)制自動(dòng)開啟，進(jìn)而停止了工作；變頻器所處的運(yùn)行條件較差。如溫度的變化、粉塵導(dǎo)電這些外部環(huán)境的影響，就會(huì)引起電力的路線短路，不僅使得工作停止、還會(huì)對(duì)變頻器造成損害，所以需要對(duì)變頻器進(jìn)行維修工作，更換已經(jīng)損壞的零件，確保之后變頻器的正常運(yùn)行，保障整個(gè)工作過程的穩(wěn)定和安全[3]。

變頻器應(yīng)用注意事項(xiàng)：先要仔細(xì)的了解負(fù)載的功率，并遵照要求來選擇適用的變頻器，盡可能減少由于功率不足導(dǎo)致的變頻器失效的情況發(fā)生，也要避免由于功率過大而造成的電能浪費(fèi)；變頻器的種類繁多，分為通用、風(fēng)機(jī)、主軸專用、泵類專用的變頻器等，對(duì)普通的負(fù)載選擇通用的變頻器即可；對(duì)于不同的負(fù)載情況要求的電流也不同，在變頻器的產(chǎn)品銘牌上一般都有著對(duì)應(yīng)的要求，按照相關(guān)的要求進(jìn)行運(yùn)行即可。但遇到慣性較大的負(fù)載，就需選擇具有制動(dòng)單元的變頻器，進(jìn)而減少設(shè)備的損傷。

2 變頻器運(yùn)行常見問題及日常維護(hù)與保養(yǎng)

2.1 變頻器運(yùn)行常見問題

根據(jù)變頻器的基礎(chǔ)運(yùn)行特征來看，其常見問題可以分為三種類型：

按照變頻器故障發(fā)生時(shí)間可分為間歇性故障和突發(fā)性故障。突發(fā)性故障是指變頻器在運(yùn)行過程中沒有任何預(yù)兆突然發(fā)生故障或停止工作，這種故障的原因排查難度較大，一般情況下需對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)變頻器進(jìn)行解體查驗(yàn)，才能找到引起變頻器出現(xiàn)故障的原因；間歇性故障是指電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、所處環(huán)境較為惡劣而引起的故障，這種故障更為常見，一般情況下故障原因排查難度較低，可采用相應(yīng)預(yù)防措施。

按照變頻器故障發(fā)生位置可分為電源故障和元件故障。電源故障是指變頻器電源發(fā)生故障，這種故障一般是由電力系統(tǒng)所導(dǎo)致，使變頻器無法正常運(yùn)行，通過調(diào)整電源即可消除。變頻器元件故障是指其內(nèi)部元件發(fā)生故障，如出現(xiàn)短路、斷線等，這種問題需對(duì)變頻器進(jìn)行解體維修；根據(jù)變頻器故障排查難度可分為隱性故障和顯性故障。隱性故障是指通過觀察不能確定的故障類型，需采用專業(yè)檢測(cè)設(shè)備才能消除，排查和維修難度較大。顯性故障是指專業(yè)人員通過觀察即可判斷故障位置和故障原因，這種故障一般情況下排查難度較小，便于維修[4]。

2.2 變頻器維修的主要內(nèi)容

使用變頻器要注意使用的環(huán)境，二者有著直接影響的關(guān)系。在開展變頻器的工作時(shí)，為了進(jìn)一步的維護(hù)和修養(yǎng)，需要保障好溫度、濕度、灰塵等因素的變化，盡可能的避免這些因素對(duì)變頻器工作的運(yùn)行影響，防止變頻器在使用過程中出現(xiàn)問題，導(dǎo)致儀器無法正常運(yùn)行。

基于此，維護(hù)變頻器的主要工作內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：首先要仔細(xì)查看變頻器及電機(jī)的運(yùn)行過程，確保聲音是否異常、是否有發(fā)熱，震動(dòng)等現(xiàn)象的發(fā)生；其次要觀察變頻器的工作環(huán)境，確保溫度、濕度、有無灰塵的清潔度；然后要觀察變頻器散熱風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)。若功率模塊的工作一直連續(xù)，可能會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱等不良狀況，需要及時(shí)地將熱量排出來；接著檢查變頻器的輸出和輸入電壓值，檢查電力數(shù)值是否突破工作之外的額定值；注意及時(shí)更換變頻器的內(nèi)部，特別是變頻器內(nèi)部在電解電容下的工作；盡可能的避免變頻器接觸到易腐蝕的氣體，可根據(jù)電機(jī)的控制中心根據(jù)空調(diào)的系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境空氣的優(yōu)化[4]。

2.3 變頻器維護(hù)具體注意事項(xiàng)分析

第一，定期檢查螺絲釘緊部位松弛程度。防止螺絲釘由于震動(dòng)而松動(dòng)或脫落，使得整個(gè)銅排的溫度上升，進(jìn)而丟失導(dǎo)電信號(hào)；第二，定期檢查導(dǎo)線的破損情況。防止出現(xiàn)震動(dòng)，使得構(gòu)件以及絕緣層出現(xiàn)摩擦受損，進(jìn)而產(chǎn)生電氣事故；第三，定期檢查灰塵的積累情況，及時(shí)清掃。防止出現(xiàn)灰塵，進(jìn)而導(dǎo)致潮氣吸入，使得支撐部件和母線之間出現(xiàn)漏電的情況；第四，定期的檢查電路安全。

3 常見變頻器故障診斷與檢修方法

變頻器的常見問題有很多，比較常見的幾個(gè)分為主電路故障、輔助控制電路故障。其中，主電路故障是指整流塊損壞、逆變器的模塊燒壞以及充電電阻損壞；輔助控制電路故障則包括開關(guān)的電源損壞、驅(qū)動(dòng)的電路出現(xiàn)故障、反饋與檢測(cè)的電路故障。

3.1 主電路故障

3.1.1 故障現(xiàn)象

此故障的具體現(xiàn)象表現(xiàn)為，系統(tǒng)進(jìn)行停電檢測(cè)之后進(jìn)行相應(yīng)的停電檢修，然后開展上電實(shí)操，在操作過程中發(fā)現(xiàn)，變頻器的主控制板印制電路板上側(cè)充電的信號(hào)燈不亮，所以在測(cè)量了之后會(huì)顯示出變頻的輸出電壓沒有。

3.1.2 故障檢查

遇到此現(xiàn)象，檢測(cè)的人員就會(huì)考慮是不是印制電路板有所損壞，然后更換同一屬性的印制電路板，會(huì)發(fā)現(xiàn)故障并沒有解除。進(jìn)而進(jìn)一步檢查印制電路板的連接線路，能夠發(fā)現(xiàn)電源為變頻主回路直流母排電源。直流的電壓是通過三相整流橋獲得的。在整個(gè)變頻器中，可以配置三相的電源變壓器，同時(shí)使得R/S/T 三線的電壓值都為220V。

此時(shí)的交流接觸器的線圈電壓為220V，可以利用印制電路板觸點(diǎn)進(jìn)行控制。通上電再進(jìn)行接下來的操作，會(huì)發(fā)現(xiàn)用萬用表直流電壓進(jìn)行測(cè)量的電容兩端的直流電壓是比較低的，基本在405～12V 這一區(qū)間震蕩，并不能夠直接的形成高直流電壓。緊接著斷開主回路的觸點(diǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)左邊的電壓值較好，大約在330V 左右。檢查觸點(diǎn)并聯(lián)的水泥電阻，再將水泥電阻進(jìn)行拆卸然后測(cè)量電阻值，會(huì)發(fā)現(xiàn)電阻值為100kΩ。與此同時(shí)可以檢查水泥電阻器，發(fā)現(xiàn)其表面有許多的細(xì)紋存在，因此發(fā)生了這類故障。

3.1.3 故障分析及故障處理措施

一般來說，在一個(gè)正常的運(yùn)行條件下，能夠確保三相交流電經(jīng)過一個(gè)整流處理之后，可以利用水泥電阻向主流電路進(jìn)行充電。所以選擇的水泥電阻值必須要是在合理電壓之下的，同時(shí)電流的上升率也要有所保障，否則可能會(huì)導(dǎo)致整流橋的電路出現(xiàn)損壞。一旦充電電壓達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值之后，變頻器的印制電路板的內(nèi)部電源就會(huì)隨之啟動(dòng)、開始運(yùn)行，這個(gè)時(shí)候要使印制電路板與接觸器完全契合，采用接觸器與水泥電阻短接的形式，讓整個(gè)變頻器開啟正常的整流逆變的過程。當(dāng)主回路的充電時(shí)間較大時(shí)，放電回路的充電時(shí)間就會(huì)顯得較小，那么此時(shí)的主流電路就沒有辦法建立直流的電壓，就會(huì)影響到印制電路板的運(yùn)行。雖然是印制的電路板出現(xiàn)了問題，但實(shí)質(zhì)上卻是主電路出現(xiàn)了故障。

為了能夠保障生產(chǎn)的過程繼續(xù)下去，可以選擇四個(gè)10W、270kΩ 電阻進(jìn)行并聯(lián)、然后再進(jìn)行使用。這樣在開機(jī)之后印制電路板的充電信號(hào)燈才會(huì)亮起，并與接觸器吸合，變頻器也就正常輸出了。

3.2 輔助電路故障

故障表現(xiàn)與分析。該故障主要表現(xiàn)為，在整個(gè)變頻器的運(yùn)行過程中，剛開始運(yùn)行的時(shí)候是正常通電的狀態(tài)，并且現(xiàn)實(shí)存在但是卻沒有輸出。拆卸變頻器檢查之后會(huì)發(fā)現(xiàn)與熔斷問題相似。如果檢修工作人員的經(jīng)驗(yàn)不夠，就不會(huì)檢查模塊是否出現(xiàn)問題。如果沒有快熔備件的時(shí)候，并不能夠及時(shí)得找到其他能夠可以替換的熔件，那么就可以采用銅芯線進(jìn)行替換。如果變頻器在啟動(dòng)運(yùn)行之后發(fā)出巨響，那么就會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩組的模塊炸裂了，并且周邊的吸收回路、驅(qū)動(dòng)板都有了一定程度的損壞，再也沒有恢復(fù)的可能了，所以就只能更換新的板子，那么這樣就會(huì)損失一定的資金。

故障處理。可以使用快速熔斷器來進(jìn)行故障處理，這是因?yàn)榭焖偃蹟嗥骱艽蟪潭壬媳Ｗo(hù)了硅整流元件、晶閘管半導(dǎo)體元件。其他的熔斷器類型并不能夠保護(hù)電子元件。同時(shí)，也不要采用銅芯線進(jìn)行替換，銅芯線在使用時(shí)可能會(huì)發(fā)生短路的故障，并且銅芯線的傳導(dǎo)速度不夠，如果燒斷了可能會(huì)四處的噴灑，這樣可能會(huì)引發(fā)大面積的燒壞。

3.3 環(huán)境故障

故障表現(xiàn)。這種故障表現(xiàn)為安裝變頻器時(shí)，運(yùn)行過程中正常的停車，但是卻不能再次啟動(dòng)了。

故障檢查。檢測(cè)人員在檢查時(shí)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)操作的面板顯示過電流，進(jìn)行復(fù)位之后還是顯示過電流，同時(shí)在開蓋之前聞到了糊味。生產(chǎn)廠家進(jìn)行檢查之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)絕緣柵雙極型晶體管損壞，進(jìn)行更換之后就恢復(fù)了運(yùn)行，但是在幾個(gè)月之后會(huì)發(fā)現(xiàn)還是出現(xiàn)這樣的故障。

故障分析。這是因?yàn)榘惭b的環(huán)境為礦井，下面的溫度是很高的，當(dāng)變頻器在一個(gè)高溫的運(yùn)行狀態(tài)下，停車了之后溫度下降，再次開啟的時(shí)候變頻器的環(huán)境冷熱交替，設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生凝露，這樣就會(huì)導(dǎo)致放電短路，進(jìn)而造成了一定的期間損傷，久而久之就會(huì)無法啟動(dòng)。

故障處理。一定要妥善處理好凝露、潮濕、腐蝕等問題，可以構(gòu)建一個(gè)單獨(dú)的電氣控制室，保障整個(gè)室內(nèi)的環(huán)境穩(wěn)定、空氣干燥，減少一定的波動(dòng)，從而保證變頻器能夠正常的運(yùn)行。

3.4 變頻器過載故障及維修策略

過載故障是指變頻器運(yùn)行電流額超過其額定值，從而導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)負(fù)載過大的問題，導(dǎo)致其內(nèi)部構(gòu)件損壞或停止運(yùn)行，這種故障通過延長(zhǎng)減速時(shí)間、更換大功率變頻器即可完成維修目標(biāo)，能夠取得較好的維修效果。

3.5 散熱方案設(shè)計(jì)不當(dāng)引起故障及處理措施

柜頂風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量較大，而變頻器室附近所安裝的進(jìn)風(fēng)口較小，使得變頻器室內(nèi)的負(fù)壓呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這無疑降低了功率單元換熱效率；對(duì)于變頻器室而言，其進(jìn)風(fēng)口附近存在大量的粉塵，一旦這些粉塵被吸入到變頻器室內(nèi)，變頻濾網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，這無疑降低了變頻器進(jìn)風(fēng)量，使得功率單元內(nèi)部的換熱效率不斷下降。

變頻器室內(nèi)安裝和使用了兩臺(tái)不同型號(hào)的高壓變頻器，單臺(tái)高壓變頻器額定功率達(dá)到了3200kW，按照發(fā)熱量的4%為比例進(jìn)行計(jì)算，兩臺(tái)變頻器所獲得的發(fā)熱量共達(dá)到了2×1600×4%=128kW，在額定負(fù)載環(huán)境下，變頻器頻率高達(dá)45Hz，因此兩臺(tái)不同型號(hào)的變頻器所產(chǎn)生的總發(fā)熱量達(dá)到了90kW 左右。此外，變頻器室內(nèi)所配置和使用的空調(diào)較少，僅僅只有四臺(tái)，這些空調(diào)的制冷功率僅僅為46kW，一旦環(huán)境溫度超過了所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)出現(xiàn)問題。

維修人員根據(jù)以上原因進(jìn)行分析和研究，拆除風(fēng)道和變頻器柜上的抽風(fēng)機(jī)，然后在變頻器室設(shè)置兩臺(tái)制冷功率分別為28kW 的空調(diào)，并將空調(diào)位置設(shè)置在變頻器柜門的對(duì)面，此外還要徹底關(guān)閉整個(gè)變頻器室，僅借助空調(diào)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行冷卻處理。當(dāng)變頻器室內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造、兩臺(tái)高壓變頻器再次投入使用，發(fā)現(xiàn)變頻器運(yùn)行正常穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)模塊超溫現(xiàn)象。

綜上，技術(shù)人員要在熟練掌握變頻器的相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)維護(hù)的技術(shù)水平，使得變頻器始終保持著高效率的工作，減少能源的損耗和設(shè)備的損害。