陳江波

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，西安 710089）

在科學(xué)技術(shù)日新月異的背景下，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平明顯提升，變頻器控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)，近些年我國變頻器技術(shù)在發(fā)展中持續(xù)完善，越來越多的工業(yè)企業(yè)將這種設(shè)備用于現(xiàn)場生產(chǎn)中。雖然變頻器自身的檢測保護(hù)功能較完善，但是具體生產(chǎn)實(shí)踐中，可能因部分人員沒有規(guī)范操作變頻器、沒有定期維護(hù)等，還是會(huì)導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障問題。對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言，變頻器是一種高投資設(shè)備，如果實(shí)際使用中能做好故障預(yù)測、評(píng)估及維修工作，完善常規(guī)保養(yǎng)，則能顯著降低故障發(fā)生率，確?，F(xiàn)場生產(chǎn)的連續(xù)性，幫助企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1 交流變頻器的介紹

交流變頻器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)逆變器設(shè)備，其先把交流電轉(zhuǎn)變成直流電，隨后運(yùn)用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，使其轉(zhuǎn)變成交流電。通常功率偏大的交流變頻器運(yùn)用了可控硅，且布置一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，借此方式使頻率在一定范圍內(nèi)可以調(diào)控，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)也是可調(diào)節(jié)的。交流變頻器的優(yōu)點(diǎn)包括：①調(diào)速過程平滑。②調(diào)速范圍相對(duì)較大。③調(diào)速效率較高，能耗較低。④啟動(dòng)電流較小。⑤運(yùn)行過程平穩(wěn)可靠。⑥節(jié)能效果顯著。

2 交流變頻器常見故障及檢修處理

2.1 變頻控制柜安裝部位引發(fā)的故障

2.1.1 故障現(xiàn)象及成因

變頻器使用期間有規(guī)律地調(diào)整電源頻率、電流及電壓進(jìn)而控制電氣設(shè)備，因?yàn)橐陨现笜?biāo)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，變頻柜周邊的磁場也會(huì)出現(xiàn)一定改變，給周邊的電氣設(shè)備，尤其是電流電壓檢測設(shè)備及控制回路帶來電磁干擾的問題，形成的影響較大。若其周邊還安裝了變頻控制設(shè)備，則不利于裝置的常態(tài)化運(yùn)作，很可能引起各種電氣故障問題，包括指示燈異常閃爍，裝置誤動(dòng)作，部分情景下會(huì)燒損部分控制元器件。以上這些故障點(diǎn)出現(xiàn)在大型關(guān)鍵設(shè)備上的概率較高。

2.1.2 故障處理方法

（1）選定在適宜位置安裝變頻柜，嚴(yán)禁和控制柜并排安裝，若現(xiàn)場安裝空間受限，則一定要維持超過1 m以上的間距，確保干擾源不對(duì)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。

（2）針對(duì)輸入設(shè)備的電源電流要進(jìn)行隔離處理，嚴(yán)禁出現(xiàn)信號(hào)電纜和動(dòng)力電纜共用電纜橋架的情況，電纜現(xiàn)場敷設(shè)完以后必須覆蓋上橋架蓋板進(jìn)行隔離，確保磁場不會(huì)形成回路，生成感應(yīng)電流。

（3）加強(qiáng)可靠性保證，即全部電氣設(shè)備均要進(jìn)行工作接地和保護(hù)接地處理。

（4）為電纜配置運(yùn)用專用型變頻電力電纜，控制電纜則運(yùn)用屏蔽電纜，力爭將影響源給電纜帶來的干擾程度降到最低。

（5）若運(yùn)用以上辦法后依然存在著一些電磁干擾，則可以嘗試運(yùn)用如下方法處置：其一是把控制燈及按鈕調(diào)換成防電磁干擾的指示燈以及有關(guān)元器件；其二是于既有元器件上并聯(lián)適量適宜的電容，利用其消解掉電磁干擾生成的冗余電能。

2.2 外部設(shè)備故障導(dǎo)致的變頻器報(bào)警

和變頻器銜接的設(shè)備或外部檢測裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)欠佳，或者突發(fā)故障異常時(shí)容易使變頻器出現(xiàn)報(bào)警、跳車等情況。

（1）供給電源質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成裝置報(bào)警，比如電壓水平過低，缺相，頻率極度無規(guī)則，形成諧波等。

（2）控制線路電壓級(jí)別不正確，控制信號(hào)形式有錯(cuò)誤及通信線路信號(hào)出現(xiàn)中斷。

面對(duì)以上故障，技術(shù)人員可以采用如下處理方法。

（1）當(dāng)存在供電電源質(zhì)量不合格的故障問題時(shí)，變頻器顯示板上通常會(huì)呈現(xiàn)出故障代碼，處理這種故障問題常規(guī)方法通常是檢查線路運(yùn)行情況，判斷其是否存在異常狀況，若按照相關(guān)規(guī)程處理線路后無法消除故障，則只能通過優(yōu)化電源質(zhì)量的形式再行處理，比如增設(shè)無功補(bǔ)償或隔離變壓器去消除電源諧波。

（2）檢查變頻器電路，依照準(zhǔn)確電壓級(jí)別提取電壓電流信號(hào)，比如電位器的電壓信號(hào)為5 V或者24 V，輸送至變頻器內(nèi)的是電壓信號(hào)或電流信號(hào)；擰緊全部控制電纜的接線端子及通信控制線插接頭，以防因局部接觸不良而造成信號(hào)失真。

（3）通過試驗(yàn)檢測控制系統(tǒng)的啟動(dòng)形式，確定是遠(yuǎn)程控制還是就地控制，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際工況布置適宜的驅(qū)動(dòng)模式。

2.3 變頻器內(nèi)部問題帶來的故障問題

2.3.1 主板溫度過高及處置辦法

ⅠGBT溫度高實(shí)質(zhì)上就是主板構(gòu)件溫度高，成因主要是運(yùn)行環(huán)境溫度過高或ⅠGBT的實(shí)際散熱量過大，熱量發(fā)散效率偏低，經(jīng)過一段時(shí)間后就會(huì)造成局部溫度過高。理論上，需要把變頻器的ⅠGBT運(yùn)行溫度調(diào)控在90℃之下。

針對(duì)以上情況，可以運(yùn)用的處置辦法主要有以下幾種。

（1）檢測運(yùn)行環(huán)境溫度：變頻器現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境溫度應(yīng)被調(diào)控在40℃內(nèi)，長時(shí)間高溫會(huì)增加變頻器運(yùn)行故障發(fā)生率，縮短其使用壽命。

（2）檢測并確保設(shè)備的通風(fēng)量適宜，風(fēng)扇整體運(yùn)行狀態(tài)良好。

（3）檢查并判斷設(shè)備電機(jī)功率是否高于變頻器額定功率，如果其明顯大于額定功率則要盡早調(diào)整變頻器的容量，提升其與設(shè)備容量之間的匹配度。

（4）很多變頻器設(shè)備使用年限較為長久，內(nèi)部空間內(nèi)嚴(yán)重積灰，可能成為主板溫度過高的誘因，設(shè)備使用單位要定時(shí)對(duì)變頻器內(nèi)部進(jìn)行清灰處理。

2.3.2 電機(jī)溫度高及處置辦法

導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行過程中溫度過高的原因除了設(shè)備自身因素之外，與變頻器相關(guān)的主要為電機(jī)過載情況，電機(jī)功率過低或冷卻設(shè)施運(yùn)行不力，實(shí)際散熱效率偏低。也可能是因變頻啟動(dòng)參數(shù)不合理導(dǎo)致的，降壓啟動(dòng)時(shí)間過于長久，啟動(dòng)電流在較長時(shí)間內(nèi)維持在較高水平上，均會(huì)引起電機(jī)溫度過高的情況。

針對(duì)這種故障可以采用如下方法處理：試驗(yàn)檢測電機(jī)通風(fēng)狀態(tài)，若能確定通風(fēng)良好，則要按照技術(shù)規(guī)范逐一檢查變頻器運(yùn)行參數(shù)是否精準(zhǔn)無誤，尤其是判斷啟動(dòng)時(shí)間是否符合規(guī)定要求。

2.3.3 變頻器啟動(dòng)故障預(yù)警及解決方法

開啟變頻器環(huán)節(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)故障燈不停閃爍，瞬間沒有跳車動(dòng)作，面對(duì)以上這種情況要仔細(xì)檢查設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，判斷參數(shù)是否準(zhǔn)確及布置情況是否符合裝置的現(xiàn)場啟動(dòng)條件。對(duì)故障采用復(fù)位措施以后，如果依然存在故障信號(hào)，則要考慮變頻器本體的質(zhì)量有問題，技術(shù)人員要及時(shí)聯(lián)系設(shè)備售后服務(wù)進(jìn)行專業(yè)咨詢以盡早解除故障。

2.3.4 變頻器啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)跳車及解決措施

啟動(dòng)變頻器設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)或運(yùn)行過程中報(bào)警。針對(duì)以上故障現(xiàn)象，技術(shù)人員先查看故障代碼，和設(shè)備技術(shù)說明書內(nèi)容對(duì)比分析，依照故障代碼內(nèi)容處置故障，以上這種狀況多是由于電機(jī)啟動(dòng)電流偏大或電機(jī)運(yùn)行過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)導(dǎo)致的。

（1）電機(jī)啟動(dòng)電流偏大：出現(xiàn)這種狀況時(shí)，技術(shù)人員要先檢測變頻器功率容量與電機(jī)運(yùn)行參數(shù)是否存在異常，試驗(yàn)檢測變頻器啟動(dòng)電流是否是額定電流的3～5倍；電力電纜以及電機(jī)絕緣是否均處于良好狀態(tài)。若變頻器現(xiàn)場安裝環(huán)境溫度大于40℃時(shí)，變頻器一定要做到降容應(yīng)用。

（2）電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)原因主要有2個(gè)，其一是設(shè)備自身功率偏大或輸送線路較長，以致啟動(dòng)設(shè)備環(huán)節(jié)中電網(wǎng)電壓明顯下跌，無法達(dá)到設(shè)備運(yùn)行允許電壓水平，以致變頻器發(fā)生跳車情況。處置這種故障時(shí)通常是檢查判斷裝置功率容量是否適宜，若確定其是適宜的，則要檢測設(shè)備運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間是否過于短暫，如果設(shè)備在未抵達(dá)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速時(shí)就全壓啟動(dòng)，便會(huì)導(dǎo)致大功率裝置啟動(dòng)操作造成電網(wǎng)電壓水平下降。

（3）中間電路直流電壓偏高，造成中間直流電壓水平偏高，以上這種故障時(shí)常發(fā)生在冶金爐體、水泵等大功率設(shè)備啟動(dòng)、停車環(huán)節(jié)中。其具體成因主要包括如下幾點(diǎn)：一是過電壓保護(hù)控制器工作異常；二是制動(dòng)斬波器或制動(dòng)電阻動(dòng)作異?；螂娮璨贿\(yùn)作；三是沒有精準(zhǔn)設(shè)置減速時(shí)間長度。針對(duì)這種故障問題，可以嘗試運(yùn)用如下方法處理：①檢測過電壓保護(hù)器是否常態(tài)化運(yùn)作，主要判斷是否能穩(wěn)定輸出電壓，若輸出過程波動(dòng)程度較大則要盡早更換新的過電壓保護(hù)器；②檢測制動(dòng)電阻或斬波器各自的完好性，明確制動(dòng)器是否能正常啟閉，若其工作異常很容易引起這種故障問題；③測量制動(dòng)減速時(shí)長，若和機(jī)械制動(dòng)時(shí)間相比，減速時(shí)間偏短則會(huì)導(dǎo)致中間電路直流電壓值攀升，若相比之下減速時(shí)間較長則會(huì)造成制動(dòng)電阻或變頻器制動(dòng)單元明顯發(fā)熱。

2.3.5 帶載試車環(huán)節(jié)變頻器故障跳車及解決

設(shè)備載重因素，若設(shè)備長時(shí)間處于大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，導(dǎo)致啟動(dòng)電流值偏大或啟動(dòng)時(shí)間明顯延長設(shè)置超限，例如，爐體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶爐體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于爐體自身為不規(guī)則體，若在冷態(tài)工況中，爐體發(fā)生偏心狀況的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)相應(yīng)增加，啟動(dòng)環(huán)節(jié)會(huì)因此形成爐體過力矩或過流狀況。為解決以上情況可以通過機(jī)械配重的形式調(diào)整重心，或修改變頻器部分運(yùn)行參數(shù)以使其運(yùn)轉(zhuǎn)至正常部位。這類故障多發(fā)生在爐體停爐檢查維修工作中。

2.3.6 缺相故障報(bào)警與解決措施

引起這種故障的因素有電機(jī)部分運(yùn)行參數(shù)異常、電力線路局部出現(xiàn)絕緣破損或斷開狀況、電源質(zhì)量不合格或整流逆變電源模塊有故障缺陷，輸出電壓不準(zhǔn)確。

故障處理時(shí)可采用如下方法：測試檢查電機(jī)設(shè)備參數(shù)是否存在異常，電纜絕緣狀態(tài)是否良好及通斷狀況，檢測逆變模塊是否能準(zhǔn)確輸出電壓。

2.3.7 變頻器報(bào)接地故障及處置處理辦法

處理這種故障時(shí)技術(shù)人員應(yīng)先檢測檢驗(yàn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)是否有異常，配合應(yīng)用絕緣搖表檢測絕緣整體狀態(tài)，直流電阻測試儀檢測直流電阻。若執(zhí)行以上檢測項(xiàng)目后能確定電機(jī)與電纜均無異常問題，則要按照技術(shù)規(guī)范逐一檢測變頻器內(nèi)元器件使用性能，及時(shí)清除內(nèi)部灰塵，確保設(shè)備內(nèi)部環(huán)境干燥、潔凈。

2.3.8 變頻器不同步故障及處置

本文所提及的“不同步”特指2臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)設(shè)備的狀況，比如對(duì)于主廠房內(nèi)的大型冶金行車，其是由2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主鉤實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行的，若電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間或轉(zhuǎn)速不同步，則就會(huì)引起這種故障。處理這種故障時(shí)，要先檢查是否準(zhǔn)確設(shè)置了電機(jī)及變頻器內(nèi)部參數(shù)，2臺(tái)變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)值要保持一致；檢測電機(jī)抱閘系統(tǒng)是否能常態(tài)化運(yùn)作；若抱閘不開啟或啟閉動(dòng)作不同步也會(huì)誘發(fā)這種故障；檢查電機(jī)運(yùn)行參數(shù)并判斷其是否和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持一致，尤其是編碼器參數(shù)信息，若經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)其和設(shè)計(jì)值之間有很大偏差，則要繼續(xù)檢查編碼器能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 變頻器的日常維護(hù)

3.1 記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障發(fā)生情況

工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中可以支配專人每天詳細(xì)記錄變頻器設(shè)備的輸出頻率、輸出電壓電流及散熱器溫度等參數(shù)信息，將其和說明書上標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患因素，及時(shí)將其消除在萌芽中。如果設(shè)備運(yùn)行過程中已經(jīng)發(fā)生了故障，工作人員要準(zhǔn)確記錄呈現(xiàn)出的故障代碼信息及故障發(fā)生時(shí)變頻器的具體運(yùn)行工況，為后期維修技術(shù)人員分析、排查及解除故障提供可靠的信息支持。

3.2 日常維護(hù)檢查

日常維護(hù)檢查，即在變頻器現(xiàn)場生產(chǎn)過程中或在不拆除設(shè)備蓋板等配套設(shè)施的工況下，工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行通電和啟動(dòng)試驗(yàn)，有效監(jiān)測變頻器的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，借此方式排查各種反常狀況。日常檢查的內(nèi)容主要包括鍵盤面板顯示是否正常，儀表指示是否準(zhǔn)確無誤；冷卻風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；變頻器周邊空氣相對(duì)濕度和氣溫是否適宜；控制系統(tǒng)是否出現(xiàn)嚴(yán)重積灰情況；電源開關(guān)是否發(fā)生缺相；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否存在異常；工作電壓以及散熱溫度是否異常等。

3.3 定時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)

工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，要結(jié)合變壓器的現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境及自身負(fù)載特征，編制出最為科學(xué)、合理的檢修周期與制度。在經(jīng)歷使用周期以后，對(duì)變頻器進(jìn)行解體、檢查、測量等整體化維護(hù)一次，力爭在早期就排查到故障隱患因素，及時(shí)排除，具體操作方法如下。

（1）指派專員定時(shí)全面檢查、維護(hù)變頻器設(shè)備，特殊情況下可以對(duì)整流、逆變模塊等進(jìn)行解體、檢測、度量、除塵及擰緊處置。

（2）定時(shí)清理變頻器內(nèi)粉塵、油及腐蝕雜質(zhì)等。這種清灰保養(yǎng)主要是處理變頻器內(nèi)與風(fēng)路內(nèi)的積灰等污物。運(yùn)用電子清潔劑噴洗主要印制板構(gòu)件，剔除板面的老化層及導(dǎo)電介質(zhì)。

（3）變頻器的定期清理。處理構(gòu)件以主控板、驅(qū)動(dòng)板和開關(guān)電源板等為主，經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)盡量選用全新品進(jìn)口，及時(shí)去除表面老化層及導(dǎo)電機(jī)制；運(yùn)用先進(jìn)的加膜技術(shù)處置變頻器的主要控制部分，發(fā)揮防塵、防老化、防水和防腐等作用。

（4）針對(duì)輸入/輸出端、直流電容、快熔、整流及逆變模塊等進(jìn)行整體檢查，主要運(yùn)行參數(shù)測試分析，及時(shí)更換局部燒損或參數(shù)波動(dòng)較大的元器件。

（5）時(shí)常檢查電源電壓指標(biāo)的變動(dòng)情況。有針對(duì)性地優(yōu)化變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，及時(shí)解除負(fù)載變動(dòng)大的狀況，以防大電流給變頻器運(yùn)行可靠性造成較大溫度沖擊。

（6）當(dāng)下國內(nèi)通用型“交-直-交”變頻器工作原理的首個(gè)步驟是把工頻市電整流成為直流電，將電能供應(yīng)給逆變單元，以上過程中需要使用到大容量的平波電容。當(dāng)下這種大容量電容大部分是運(yùn)用鋁電解電容，環(huán)境溫度、運(yùn)用條件和脈動(dòng)電流指標(biāo)均會(huì)對(duì)鋁電解電容使用壽命產(chǎn)生一定影響。若工業(yè)企業(yè)引進(jìn)的變頻器組裝了直流電抗器，那么整流環(huán)節(jié)的脈動(dòng)電流偏低，于普通環(huán)境下運(yùn)用時(shí)，鋁電解電容的使用年限能達(dá)10年左右，和變頻器的壽命相當(dāng)，此時(shí)不必考慮更換主平波電容的問題。但如果變壓器設(shè)備現(xiàn)場使用環(huán)境溫度偏高時(shí)，或未配置無直流電抗器，那么會(huì)導(dǎo)致鋁電解電容的安全使用壽命明顯短縮，需要每隔3～5年更換一次。

（7）建議設(shè)定定期檢查的時(shí)間是每年不少于1次。

4 結(jié)束語

本文列舉闡述的交流變頻器故障均是設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)中的常見故障類型，對(duì)于新發(fā)故障筆者所在維修技術(shù)團(tuán)隊(duì)也能及時(shí)抵達(dá)，但處理時(shí)間偏長，同時(shí)要經(jīng)歷3～4 h，主要是因?yàn)榉治雠卸ü收显蛐枰挠幂^長時(shí)間，后續(xù)重復(fù)出現(xiàn)時(shí)可能在30 min內(nèi)即可處理完成。希望通過分析歸納出的變頻器故障處理辦法、維護(hù)保養(yǎng)措施等，為后期維修施工效率的提升有所幫助。