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變頻器損壞后的維修過程

我公司車間外包工序輸送帶的兩臺變頻器燒壞，變頻器型號為SIEMENS系列，后經(jīng)設(shè)備制造商（東莞奕群機電有限公司）工程師診斷：變頻器內(nèi)部模塊燒壞，維修需700元/臺，并建議更換新的變頻器。經(jīng)維修車間負責人分析并建議，與其給人家維修，不如讓公司維修人員自己嘗試維修。為此，我們懷著試試看的心態(tài)開始了維修變頻器的漫長歷程。

故障現(xiàn)象：開機無反應(yīng)，輸出電壓沒有輸出。


維修過程：拆開變頻器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)，出入部分有一個元件爆炸了，面目全非，附近的元件也黑了，其中有一臺變頻器的整個元件都炸飛了，只剩下兩只腳。


面對這種情況，我們首先從更換被炸元件開始著手，但因為不清楚元件的型號和規(guī)格，通過上網(wǎng)查閱大量資料后，我們初步診斷被炸元件為壓敏電阻。因此我們向五金倉申購了壓敏電阻兩個。三天后，壓敏電阻買回來并更換到兩臺被損壞的變頻器上，懷著一種不是很自信的態(tài)度，我們決定上電試機。就在我們剛插上電的那一瞬間，砰的一聲，剛換去的壓敏電阻又爆炸。


重新把變頻器插下檢測，難道變頻器整流模塊出了問題，造成壓敏電阻突然沖擊高壓，把壓敏電阻燒壞？我們把其中一臺的整流模塊插了出來檢測，整流模塊不像有損壞的跡象。


難道燒化的不是壓敏電阻，而是電容，因為亦有電容的外型和和壓敏電阻的外型相似。


在我們分不出燒壞的元件究竟是什么元件的時候，我們決定把未燒壞的變頻器拆下來，并把好的元件拆下來，親自到西湖電子城購買。到電子城后，我們發(fā)現(xiàn)這里根本買不到我們所需的元件，型號為：S14 K275的元件（此時我們?nèi)詿o法確定這個元件是電容還是電阻），因為這個元件是SIEMENS原裝的，在國內(nèi)很少見有這類元件。面對這種情況，我們做出一個大膽的嘗試，再次診斷燒壞的元件最大可能仍是壓敏電阻！因為買不到一模一樣的元件，我們決定買一個壓敏電阻回去再試試，但該買什么型號和規(guī)格的壓敏電阻呢？在石龍國際電子城的現(xiàn)場，我們通過查閱壓敏電阻的相關(guān)手冊之后，決定買兩個型號為14D431K的壓敏電阻回去試試。


因為手冊中說明14D431K壓敏電阻的耐壓值為AC275V，而我們燒壞的元件型號里面又有一個K275，我們就覺得有可能是國外和國內(nèi)的標注不一樣。買回新的壓敏電阻后，我們先焊到其中一臺變頻器電路板上，通電。變頻器顯示屏出現(xiàn)開機提示，測輸出端，一切正常。究竟能不能拖動電機呢？帶著疑問，我們把變頻器裝到輸送帶上，上電，重新設(shè)定參數(shù)，輸送帶運行正常，一切OK。經(jīng)歷兩個星期來反反復(fù)復(fù)的實踐和嘗試，終于把兩個壞的變頻器維修好。


故障原因：由于變頻器內(nèi)部電路中，燒壞的為輸入段電源模塊，因此，我們一致診斷為：是輸入電壓過大，超過壓敏電阻的耐壓值，從而造成變頻器的電源部分損壞。


維修體會：在設(shè)備出現(xiàn)故障時，我們不要緊張，而應(yīng)懷著膽大心細的態(tài)度去處理每一次故障，我們在戰(zhàn)略上要藐視故障，在戰(zhàn)術(shù)上要重視故障的每一個環(huán)節(jié)。對所有可能是故障產(chǎn)生的原因逐個分析，逐個排除，同時遇到不甚清楚的，應(yīng)多查閱相關(guān)技術(shù)資料和手冊。

在變頻器日常維護過程中經(jīng)常遇到各種各樣的問題如外圍線路問題參數(shù)設(shè)定不良或機械故障。如果是變頻器出現(xiàn)故障，如何去判斷是哪一部分問題，在這里略作介紹。


一、靜態(tài)測試

1、測試整流電路

找到變頻器內(nèi)部直流電源的P端和N端，將萬用表調(diào)到電阻X10檔，紅表棒接到P，黑

表棒分別依到R、S、T，應(yīng)該有大約幾十歐的阻值，且基本平衡。相反將黑表棒接到P

端，紅表棒依次接到R、S、T，有一個接近于無窮大的阻值。將紅表棒接到N端，重復(fù)

以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果有以下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常，A.阻值

三相不平衡，可以說明整流橋故障。B.紅表棒接P端時，電阻無窮大，可以斷定整流橋

故障或起動電阻出現(xiàn)故障。

2、測試逆變電路

將紅表棒接到P端黑表棒分別接U、V、W上，應(yīng)該有幾十歐的阻值，且各相阻值基

本相同，反相應(yīng)該為無窮大。將黑表棒接到N端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則

可確定逆變模塊故障


二、動態(tài)測試

在靜態(tài)測試結(jié)果正常以后，才可進行動態(tài)測試，即上電試機。在上電前后必須注意

以下幾點:

1、上電之前，須確認輸入電壓是否有誤，將380V電源接入220V級變頻器之中會出現(xiàn)炸機

（炸電容、壓敏電阻、模塊等）。

2、檢查變頻器各接播口是否已正確連接連接是否有松動連接異常有時可能導(dǎo)致變頻器

出現(xiàn)故障嚴重時會出現(xiàn)炸機等情況。

3、上電后檢測故障顯示內(nèi)容并初步斷定故障及原因。

4、如未顯示故障首先檢查參數(shù)是否有異常并將參數(shù)復(fù)歸后進行空載(不接電機)情況下

啟動變頻器并測試U、V、W三相輸出電壓值。如出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模

塊或驅(qū)動板等有故障

5、在輸出電壓正常（無缺相、三相平衡）的情況下，帶載測試。測試時，最好是滿負載

測試。


三、故障判斷

1、整流模塊損壞

一般是由于電網(wǎng)電壓或內(nèi)部短路引起。在排除內(nèi)部短路情況下，更換整流橋。在現(xiàn)

場處理故障時，應(yīng)重點檢查用戶電網(wǎng)情況，如電網(wǎng)電壓，有無電焊機等對電網(wǎng)有污染

的設(shè)備等。

2、逆變模塊損壞

一般是由于電機或電纜損壞及驅(qū)動電路故障引起。在修復(fù)驅(qū)動電路之后，測驅(qū)動波

形良好狀態(tài)下，更換模塊。在現(xiàn)場服務(wù)中更換驅(qū)動板之后，還必須注意檢查馬達及連

接電纜。在確定無任何故障下，運行變頻器。

3、上電無顯示

一般是由于開關(guān)電源損壞或軟充電電路損壞使直流電路無直流電引起，如啟動電阻

損壞，也有可能是面板損壞。

4、上電后顯示過電壓或欠電壓

一般由于輸入缺相，電路老化及電路板受潮引起。找出其電壓檢測電路及檢測點，

更換損壞的器件。

5、上電后顯示過電流或接地短路

一般是由于電流檢測電路損壞。如霍爾元件、運放等。

6、啟動顯示過電流

一般是由于驅(qū)動電路或逆變模塊損壞引起。

7、空載輸出電壓正常帶載后顯示過載或過電流

該種情況一般是由于參數(shù)設(shè)置不當或驅(qū)動電路老化模塊損傷引起。

變頻器運行中的問題及對策

隨著變頻器應(yīng)用范圍的擴大，運行中出現(xiàn)的問題也越來越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動、負載匹配、發(fā)熱等問題。本文針對以上問題進行分析并提出相應(yīng)措施。

變頻器的應(yīng)用

我國的電動機用電量占全國發(fā)電量的60%~70%，風機、水泵設(shè)備年耗電量占全國電力消耗的1/3。造成這種狀況的主要原因是：風機、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，大量的能源消耗在擋板、閥門地截流過程中。由于風機、水泵類大多為平房轉(zhuǎn)矩負載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當風機、水泵轉(zhuǎn)速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能潛力非常大，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量，應(yīng)用變頻器節(jié)電率為20%~50%，效益顯著。

許多機械由于工藝需要，要求電動機能夠調(diào)速。過去由于交流電動機調(diào)速困難，調(diào)速性能要求高的場合都采用直流調(diào)速，而直流電冬季結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，維修困難，因此隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，往往需要進行是量和直接轉(zhuǎn)矩控制，來滿足各種工藝要求。

利用變頻器拖動電動機，起動電流小，可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)速，方便的進行加減速控制，是電動機獲得高性能，大幅度地節(jié)約電能，因而變頻器在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

存在的問題及對策

隨著變頻器應(yīng)用范圍的擴大，運行中出現(xiàn)的問題也越來越多，主要表現(xiàn)為：高次諧波、噪聲與振動、負載匹配、發(fā)熱等問題。本文針對以上問題進行分析并提出相應(yīng)措施。

諧波問題及對策

通用變頻器的主電路形式一般由整流、逆變和濾波三部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，中間濾波部分采用大電容作為濾波器，逆變部分為IGBT三項橋式逆變器，且輸入為PWM波形。輸出電壓中含有除基波以外的其它諧波，較低次諧波通常對電動機負載影響較大，引起轉(zhuǎn)矩脈動；而較高的諧波又使變頻器輸出電纜的漏電流增加，使電動機出力不足，因此變頻器輸出的高低次諧波都必須抑制，可以采用以下方法抑制諧波。

（1）增加變頻器供電電源內(nèi)阻抗

通常電源設(shè)備的內(nèi)阻抗可以器到緩沖變頻器直流濾波電容的無功功率的作用，內(nèi)阻抗越大，諧波含量越小，這種內(nèi)阻抗就是變壓器的短路阻抗。因此選擇變頻器供電電源時，最好選擇短路阻抗大的變壓器。

（2）安裝電抗器

在變頻器的輸入端與輸出端串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成為LC型，吸收諧波和增大電源或負載阻抗，達到抑制目的。

（3）采用變壓器多項運行

通用變頻器為六脈波整流器，因此產(chǎn)生的諧波較大。如果采用變壓器多相運行，使相位角互差30°，如Y－△、△－△組合的變壓器構(gòu)成12脈波的效果，可減小低次諧波電流，很好的抑制了諧波。

（4）設(shè)置專用諧波

設(shè)置專用濾波器用來檢測變頻器和相位，并產(chǎn)生一個與諧波電流的幅值相同且相位正好相反的電流，通到變頻器中，從而可以有效的吸收諧波電流。

噪聲與振動及其對策

采用變頻器調(diào)速，將產(chǎn)生噪聲和振動，這是變頻器輸出波形中含有高次諧波分量所產(chǎn)生的影響。隨著運轉(zhuǎn)頻率的變化，基波分量、高次諧波分量都在大范圍內(nèi)變化，很可能引起與電動機的各個部分產(chǎn)生諧振等。

（1）噪聲問題及對策

用變頻器傳動電動機時，由于輸出電壓電流中含有高次諧波分量，氣隙的高次諧波磁通增加，故噪聲增大。電磁噪聲由以下特征：由于變頻器輸出中的低次諧波分量與轉(zhuǎn)子固有機械頻率諧振，則轉(zhuǎn)子固有頻率附近的噪聲增大。變頻器輸出中的高次諧波分量與鐵心機殼軸承架等諧振，在這些部件的各自固有頻率附近處的噪聲增大。

變頻器傳動電動機產(chǎn)生的噪聲特別是刺耳的噪聲與PWM控制的開關(guān)頻率有關(guān)，尤其在低頻區(qū)更為顯著。一般采用以下措施平抑和減小噪聲：在變頻器輸出側(cè)連接交流電抗器。如果電磁轉(zhuǎn)矩有余量，可將U / f定小些。采用特殊電動機在較低頻的噪聲音量較嚴重時，要檢查與軸系統(tǒng)（含負載）固有頻率的諧振。

（2）振動問題及對策

變頻器工作時，輸出波形中的高次諧波引起的磁場對許多機械部件產(chǎn)生電磁策動力，策動力的頻率總能與這些機械部件的固有頻率相近或重合，造成電磁原因?qū)е碌恼駝?。對振動影響大的高次諧波主要是較低次的諧波分量，在PAM方式和方波PWM方式時有較大的影響。但采用正弦波PWM方式時，低次的諧波分量小，影響變小。

減弱或消除振動的方法，可以在變頻器輸出側(cè)接入交流電抗器以吸收變頻器輸出電流中的高次諧波電流成分。使用PAM方式或方波PWM方式變頻器時，可改用正弦波PWM方式變頻器，以減小脈動轉(zhuǎn)矩。從電動機與負載相連而成的機械系統(tǒng)，為防止振動，必須使整個系統(tǒng)不與電動機產(chǎn)生的電磁力諧波。

負載匹配及對策

生產(chǎn)機械的種類繁多，性能和工藝要求各異，其轉(zhuǎn)矩特性不同，因此應(yīng)用變頻器前首先要搞清電動機所帶負載的性質(zhì)，即負載特性，然后再選擇變頻器和電動機。負載有三種類型：恒轉(zhuǎn)矩負載、風機泵類負載和恒功率負載。不同的負載類型，應(yīng)選不同類型的變頻器。

（1）恒轉(zhuǎn)矩負載

恒轉(zhuǎn)矩負載又分為摩擦類負載和位能式負載。

摩擦類負載的起動轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的150%左右，制動轉(zhuǎn)矩一般要求額定轉(zhuǎn)矩的100%左右，所以變頻器應(yīng)選擇具有恒定轉(zhuǎn)矩特性，而且起動和制動轉(zhuǎn)矩都比較大，過載時間和過載能力大的變頻器，如FR-A540系列。

位能負載一般要求大的起動轉(zhuǎn)矩和能量回饋功能，能夠快速實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，變頻器應(yīng)選擇具有四象限運行能力的變頻器，如FR-A241系列。

（2）風機泵類負載

風機泵類負載是典型的平方轉(zhuǎn)矩負載，低速下負載非常小，并與轉(zhuǎn)速平方成正比，通用變頻器與標準電動機的組合最合適。這類負載對變頻器的性能要求不高，只要求經(jīng)濟性和可靠性，所以選擇具有U/f=const控制模式的變頻器即可，如FR-A540(L)。如果將變頻器輸出頻率提高到工頻以上時，功率急劇增加，有時超過電動機變頻器的容量，導(dǎo)致電動機過熱或不能運轉(zhuǎn)，故對這類負載轉(zhuǎn)矩，不要輕易將頻率提高到工頻以上。

（3）恒功率負載

恒功率負載指轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，但功率保持恒定的負載，如卷取機、機床等。對恒功率特性的負載配用變頻器時，應(yīng)注意的問題：在工頻以上頻率范圍內(nèi)變頻器輸出電壓為定值控制，，所以電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒功率特性，使用標準電動機與通用變頻器的組合沒有問題。而在工頻以下頻率范圍內(nèi)為U/f定值控制，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩又相反傾向，標準電動機與通用變頻器的組合難以適應(yīng)，因此要專門設(shè)計。