变频器维修部分讲解

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1、测量驱动电路输出的六路驱动脉冲的电压幅度都符合要求，如用交流档测量正向激励脉冲电压的幅度约 14V 左右，负向截止电压的幅度约 7.5V 左右（不同的机型有所差异），对驱动电路经过以上检查，一般检修人员就认为可以装机了，此中忽略了一个极其重要的检查环节对驱动电路电流（功率）输出能力的检查！很多我们认为已经正常修复的变频器，在运行中还会暴露出更隐蔽的故障现象，并由此导致了一定的返修率。 变频器空载或轻载运行正常，但带上一定负载后，出现电机振动、输出电压偏相、频跳OC 故障等。 故障原因：A、驱动电路的供电电源电流（功率）输出能力不足；B、驱动 IC 或驱动 IC后置放大器低效，输出内阻变大，使驱

2、动脉冲的电压幅度或电流幅度不足；C、IGBT 低效，导通内阻变大，导通管压降增大。 C 原因所导致的故障比例并不高，而且限于维修修部的条件所限，如无法为变频器提供额定负载试机。但 A、B 原因所带来的隐蔽性故障，我们可以采用为驱动增加负载的方法，使其暴露出来，并进而修复之，从面能使返修率降到最低。 IGBT 的正常开通既需要幅值足够的激励电路，如+12V 以上，更需要足够的驱动电流，保障其可靠开通，或者说保障其导通在一定的低导通内阻下。上述 A、B 故障原因的实质，即由于驱动电路的功率输出能力不足，导致了 IGBT 虽能开通但不能处于良好的低导能内阻的开通状态下，从而表现出输出偏相、电机振动剧

3、烈和频跳 OC 故障等。 让我们从 IGBT 的控制特性上来做一下较为深入的分析，找出故障的根源所在。 一、IGBT 的控制特性： 通常的观念，认为 IGBT 器件是电压型控制器件为栅偏压控制，只需提供一定电平幅度的激励电压，而不需吸取激励电流。在小功率电路中，仅由数字门电路，就可以驱动MOS 型绝缘栅场效应管。做为 IGBT，输入电路恰好具有 MOS 型绝缘栅场效应管的特性，因而也可视为电压控制器件。这种观念其实有失偏颇。因结构和工艺的原因，IGBT 管子的栅-射结间形成了一个名为 Cge 的结电容，对 IGBT 管子开通和截止的控制，其实就是Cge 进行的充、放电控制。+15V 的激励脉冲

4、电压，提供了 Cge 的一个充电电流通路，IGBT 因之而开通；-7。5V 的负向脉冲电压，将 Cge 上的“已充电荷强行拉出来”，起到对充电电荷的快速中和作用，IGBT 因之而截止。 假定 IGBT 管子只对一个工作频率为零的直流电路进行通断控制，对 Cge 一次性充满电后，几乎不再需要进行充、放电的控制，那么将此电路中的 IGBT 管子说成是电压控制器件，是成立的。而问题是：变频器输出电路中的 IGBT 管子工作于数 kHz 的频率之下，其栅偏压也为数 kHz 频率的脉冲电压！一方面，对于这种较高频率的信号，Cge 的呈现出的容抗是较小的，故形成了较大的充、放电电流。另一方面，要使 IGB

5、T 可靠和快速的开通（力争使管子有较小的导通内阻），在 IGBT 的允许工作区内，就要提供尽可能大的驱动电流（充电电流）。对于截止的控制也是一样，须提供一个低内阻（欧姆级）的外部泄放电路，将栅-射结电容上的电荷极快地泄放掉！ 大家都知道电容为储能元件，本身不消耗功率，称为容性负载。但正犹如输、配电线路的道理一样，除了电源必须提供容性元件的无功电流（无功功率）外这使得电源容量变大，无功电流也必然带来了线路电阻上的损耗（线损）！驱动电路的功率损耗主要集中在栅极电阻和末级放大管的导通内阻上。我们常看到尤其是大功率变频器驱动电路的输出级其实是一个功率放大电路，常由中功率甚至大功率对管、几瓦的栅极电阻等

6、元件构成，说明 IGBT 的驱动电路是消耗一定功率的，是需要输出一定电流的。 而从上述分析可看出：应用在变频器输出电路的 IGBT 管子，恰恰应该说是电流或说是功率驱动器件，而不纯为电压控制器件。变频器在使用中遇到的问题和故障防范由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。 外部的电磁感应干扰 如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采

7、取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理、更必要 。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如 RC 吸收器；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；指定采用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较，应采用合理的中继方式；变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动力接地混用；变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。 安装环境 变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较

8、大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。 除上述 3 点外，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空间加热器等必要措施。 电源异常 电源异常表现为各种形式，但大致分以下 3 种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混和形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，

9、有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。 如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，应和变频器供电系统分离，减小相互影响；对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适价格的变频器外，还因预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流；对于要求必须量需运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电

10、源装置。 二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。 雷击、感应雷电 雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。 为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加 RC 浪涌吸收器。

11、若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。 过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。由于IGBT 及 CPU 的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。 如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化 。 此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在

12、变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免 Trip；能够对机械系统的异常转矩进行检测。 变频器对周边设备的影响及故障防范 变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。 电源高次谐波 由于目前的变频器几乎都采用 PWM 控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变压器对

13、变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成 LC 振荡。 电动机温度过高及运行范围 对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。 振动、噪声 振动通常是由于

14、电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施：变频器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转矩成分；调试确认机械共振点，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外；由于变频器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生，因选用低噪声器件；在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器，减小因 PWM 调制方式造成的高次谐波。 高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利 在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以 PWM 控

15、制型变频器更为明显，应采取以下措施：尽量缩短变频器到电机的配线距离；采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理；对 PWM 型变频器应尽量在电机输入侧加滤波器 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。如图 1 所示，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。图 11. 整流器 它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电

16、压。 2. 中间电路，有以下三种作用： a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。 b. 通过开关电源为各个控制线路供电。 c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。 3. 逆变器 将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。 4. 控制电路 它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是： a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。 b. 提供操作变频器的各种控制信号。 c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。在现场对变频器以及周边控制装置的进行操作的人员，如果对一些常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。为此，我们总结了一些变频器的基本故障，供大家作参考。以下检测过程无需打开变频器机壳，仅仅在外部对一些常见现象进行检测和判断。现象 检测办法和判断 1， 上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花。 断开电源线，检查变频器