變頻器在使用中遇到的問題和故障防范

趙鵬

摘要：雖然在現代電子化技術突飛猛進的大背景下，電子元器件的可靠性不斷提高，但是不論變頻器采用多么先進的工藝水平制造，變頻器在充當異步電動機驅動器的角色時候，難免會受到干擾和損壞，盡管其器件的可靠性可能很高，但是在生產過程中不可預知的變換量太多，所以如果工業企業部門想在生產過程中合理應用變頻器，避免造成不必要的損失，首先應該讓工程技術人員熟知變頻器的內部結構和工作原理，同時不斷在解決問題中總結經驗教訓，并采取正確的預防措施。這樣既可以提高工作人員的工作效率，又可以保障企業的正常生產，同時避免遭受不必要的損失。

關鍵詞：變頻器；使用；問題；故障防范

中圖分類號：TN773文獻標識碼： A

前言：隨著我國工業企業自動化的不斷發展，變頻器應用的范圍已深入到各行各業中，變頻器施工技術也日趨完善與成熟，其功能也越來越大，使用的可靠性也在不斷的提高。變頻控制不但能夠可以實現其平穩的啟動，以及靈活調速，還可提高電氣設備控制的精準度度及運行的可靠性，還可通過改變工作的頻率，來達到節約能源的有效目的。變頻器在使用過程中，也存在一些問題，需要在使用過程中，及時發現及時解決，并在后期的使用中，維修相關人員也要掌握變頻器的基本工作工作原理，善于在運行實踐中，不斷總結使用變頻器的經驗，使其發生的問題得到妥善解決，并做好對變頻器后期的保養工作。

一、變頻器的功能及原理

變頻器，是指應用其變頻技術和微電子技術，然后通過對電機的工作電源頻率，來進行相應的改變，實現控制交流電動機的一種電力控制設備，主要包括濾波、制動單元、逆變、整流和檢測單元等組成。通過自身內部IGBT的開端，對輸出電源的電壓和頻率進行調整，結合電機的實際需求，提供其所需的電源電壓，實現設備的過電流、過電壓等過載保護且達到節能、調速目的。變頻器的工作原理，是把三相或單相交流電變換為直流電，然后再把直流變換為三相或單相交流電，通過同時改變輸出頻率與電壓，使電機運行曲線平行下移，從而使得電機能夠以較小的啟動電流，獲得大的啟動轉矩，即變頻器可以啟動重載負荷。變頻器的功能主要包括以下幾點：

（一）變頻節能：變頻節能的原理，主要是通過調速，降低電動機的啟動電流，從而起到降低能源消耗的目的。但是，變頻節能存在相應的前提條件，其一，大功率且為風機/泵類負載；其二，設備自身具備一定的節能功能。

（二）功率因數補償節能：無功功率的存在，不僅會導致線損的增加，還會使電網有功功率降低，出現嚴重的能源浪費。而變頻器可以通過自身的諧波電容，減少無功消耗，增加電網的有功功率。

（三）軟啟動節能：使用變頻器，可以充分利用其軟啟動功能，使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長設備和閥門的使用壽命，節約設備的維護費用。

二、外部電磁感應干擾

變頻器在工作中如果出現不正常甚至停機，有時候甚至出現變頻器不可逆轉的損壞，這通常是由于控制回路故障導致，而這種故障通常是由于變頻器遭受輻射和電源線干擾所導致，此時應該查看變頻器有無干擾源。當然，我們可以通過提高變頻器原本的抗干擾能力來抵御外部干擾信號，但是這無疑會增加設備的成本，所以更加明智的方法是在外部消除干擾源，通常的做法是在變頻器外部采用噪聲抑制設施。外部噪聲抑制措施的具體做法可以加裝RC 吸收器，這種吸收器的原理是把防止沖擊電壓的緩沖設備直接安裝在繼電器和控制器的控制線圈之上。其次應該分離回路的配線和主線，讓控制回路的配線盡可能的簡短。如果回路很長，可以采用更合理的中繼方法，同時應該注意按照規定控制屏蔽線的回路。電焊和動力接地不能和變頻器的接地端子混合使用，變頻器的接地端應該嚴格按照規章條例正確接地。最后，我們為了避免干擾信號從電源線處發出，應該把噪聲濾波器置于變頻器輸入端。上訴所說即為通常所說的三步原則，從輸出和傳送，從傳送到接受都不應該受到干擾。

三、變頻器使用過程中遇到的問題及相關防范措施

（一）安裝環境

在變頻器相關規格的書中有很詳細的安裝使用的環境要求。在其特殊的情況下，若確實不能夠滿足這些相關要求，就需要盡可能采用有效的抑制措施。振動對其電子器件所造成的機械損傷是其重要的原因之一，對于振動的沖擊是很大的場合，可用橡膠等能夠避振的措施。如潮濕和腐蝕性的氣體，以及塵埃等也會造成其電子器件內部生銹和接觸不良，以及絕緣降低，從而形成了短路的現象。因此再其做好防范的措施時，要對控制板做好防腐防塵的處理，可用封閉式的結構。影響其電子器件使用壽命和可靠性的因素主要是溫度，特別是在半導體器件使用過程中，更需要按照裝置的要求相適應的環境條件，來安裝空調，或者能夠防止日光直射的防護物。除了上述情況幾點外，定期檢查好變頻器空氣濾清器，或冷卻風扇等也是非常重要的環節。對于比較特殊的”高寒”場合，為了避免微處理器由于溫度過低不能夠正常工作，還需要采取設置空間的加熱器等相對比較必要的措施。

（二）電源高次諧波

目前的變頻器，由于大都采用的是PWM的控制方式，因此這種脈沖調制的形式，使變頻器再其運行的時候，在電源側會產生高次諧波的電流，從而造成電壓波形出現畸變，對電源的系統也會產生嚴重的影響。一般情況下會采用以下幾種處理的措施：首先可以采用專用的變壓器對其變頻器供電，然后與其它的供電系統相分離。其次就是在變頻器其輸入側，加裝多種整流橋的回路，來降低其高次諧波的分量，對有進相的電容器場合，由于高次諧波的電流會使電容和電流增加，從而造成發熱的現象，就需要在電容前，串接好電抗器，來減小諧波的分量，對于電抗器電感應的合理分析來計算，防止形成LC的振蕩。最后一點就是，電動機的溫度過高或運行的范圍。對現有的電機來進行其變頻調速的改造時，因為自冷電機低速運行的時候，冷卻能力的下降，也會使電機產生過熱的現象。另外，由于變頻器的輸出波形時，其高次諧波也會增加電機鐵損與銅損，所以，在確認好電機負載狀態與運行的范圍后，可以采取相應的措施，比如提高其電機規格的等級、更換其變頻專用的電機、限定其運行的范圍或避開其低速區等。

（三） 電源異常

電源異常，往往表現為很多種形式，一般情可以分為以下幾種：缺相和高低電壓，以及停電，有時候還會產生它們混和形式的現象。造成這些異?，F象的比較主要的原因，多半是輸電線路由于風、雪和雷擊所造成的。同時也會在同一個供電系統之內，出現對地短路或者相間短路。而雷擊由于地域或季節有很大的差異。除了電壓波動之外，一些電網及自行發電的單位，有時也會產生頻率波動，同時這些現象在很短的時間內有時會重復出現，為了確保設備能夠正常的運行，對變頻器的供電電源需要提出相應的要求。假如周圍有直接的起動電動機或電磁爐等相關的設備，為了防止這些設備再其投入時，造成的電壓降低，需要與變頻器的供電系統相分離，來降低相互間的影響。對一些瞬時要求停電之后還需要繼續運行的有關場合，除了選擇價格合適的變頻器之外，還應該預先注意負載電機降速的比例。在變頻器與外部的控制回路時，采用瞬停補償的方式，在電壓回復之后，以速度追蹤與測速電機來檢測，防止在其加速的過程中過電流。對要求需要運行的相關設備，對其變頻器進行加裝自動的切換不停電的電源相關裝置。其中，二極管的輸入與使用的單相控制的電源變頻器，在缺相的狀態，還能夠繼續工作，但是整流器中，個別的器件電流由于過大，或者電容器脈沖的電流過大時，假如長期運行，就會造成其變頻器的使用壽命，以及可靠性等造成不良的影響，因此，需要我們應及時的對其進行檢查，并作出相應處理。

（四）雷擊與感應雷電

雷擊與感應雷電所形成的沖擊電壓，也有可能能造成其變頻器受到損壞。另外，電源系統在一次側時，帶用真空斷路器，短路器的開閉，也能夠產生很大沖擊電壓。在變壓器的一次側時，真空斷路器在斷開時，以耦合的形式在二次側也會形成較高的電壓沖擊的尖峰。為了防止因為沖擊電壓，所造成的過電壓遭受損壞的情況時，一般在變頻器輸入端加入壓敏電阻或其它的吸收器件，確保輸入的電壓，不高于其變頻器的主回路期，所限定的最大電壓。在使用真空斷路器的時候，還要盡可能以沖擊的形成，追加RC浪涌型吸收器。當變壓器在一次側，采用真空斷路器時，由于在控制工序上，想要確保真空斷路器的動作前，就要先將其變頻器進行斷開。最早的晶體管變頻器主要有以下缺點：容易跳閘、不易起動，以及過負載的能力低。由于 IGBT 及CPU的快速發展，其變頻器的內部需要增加完善的自診斷以及故障防范的功能，大幅度的提高了其變頻器的可靠性能。假如使用矢量控制變頻器中全領域自動轉矩的補償功能，其中，起動轉矩不足和環境條件的變化，所造成的出力下降等故障的原因，會得到相應的解決。此功能是采取利用變頻器內部的微型計算機高速的運算，來計算出目前時刻所需要達到的轉矩，迅速的對輸出的電壓修正與補償，以抵消由于外部條件的變化，所造成變頻器的輸出轉矩的變化。同時，因為其變頻器軟件的開發會更加的完善，預先在其變頻器內部來設置多種故障的防止措施，使故障在化解后，還能夠保持其繼續運行。另外，變頻器再其安裝使用過程中，也會對其他的設備產生相應的影響，甚至會導致其他設備出現故障。所以，對于這些影響的因素，來進行分析與探討，并研究出可以采取的措施，也是非常重要的關鍵所在。

（五） 振動和噪聲

振動，一般是因為電機脈動轉矩、機械系統共振所引起的。特別是在脈動轉矩和機械共振能夠一致的時候，情況會更重。噪聲一般包含變頻裝置的噪聲與電動機產生的噪聲，對不同安裝場所也需要不同處理方式來解決。變頻器在其調試的過程中，在確?？刂凭葧r，要盡可能降低脈沖轉矩的成分。調試確認好機械的共振點，利用其變頻器頻率的屏蔽功能，才能使這些共振點，可以排除在其運行的范圍之外。變頻器所產生的噪聲一般是由冷卻風扇的機電抗器所產生的，由于選用的低噪聲的器件，在電動機和變頻器間需合理的設置交流的電抗器，降低由PWM調制方式，所產生的高次諧波。

四、變頻器的保養維護的概述

在現場的應用中，變頻器一般情況下比較容易受到來自環境條件的影響，比如工作溫度和現場的濕度，以及安裝位置附近的振動和粉塵，還有就是腐蝕性的氣體等，都會使得變頻器的基本性能發生不良變化，所以，最好使變頻器，安裝在有空調或者濾塵網的電控柜之內。如果能夠保證變頻器，在相對比較好的工作環境之中，進行合理的使用，同時做好日常的保養與維護，就可以有效的延長變頻器正常的使用年限，可以大大提高變頻器運行的穩定性，從而減少或降低由于突發故障，所造成的停機現象。假如不能合理的進行使用，又不能夠做好日常的點檢維護，就有可能會造成突發故障頻繁的出現，致使變頻器不能夠正常的運行，嚴重的話，會加快變頻器發生故障的頻率，從而造成變頻設備遭受破壞，對于人們日常的生活生產，帶來不良影響，因此，對變頻器要進行定期或不定期的常規點檢及維護，或定期對其檢查和保養。一般檢查事項主要包括以下幾個方面：（1）控制柜內的溫度，看它是不是正常；（2）變頻器的面板上，各指示燈顯示的內容是不是正常、有無異常報警的顯示；（3）液晶顯的示面板上，是不是有頻閃或字符的顯示太不清楚等狀況出現；（4）用測溫儀感應變頻器及進出線電源端子溫度是否正常；（5）用手近距離的感應變頻器，散熱風扇運轉正常與否；（6）有沒有警報聲或故障報警的代碼頻繁出現或顯示。根據設備的保養規定，需要制定定期設備大中小的維修及保養的計劃，檢查重點一般應放在變頻器，日常運行時不能夠進行的有關項目，如端子線的緊固、電路板的除塵除濕和風扇檢查等方面。

結束語：

雖然在現代電子技術突飛猛進的大背景下，電子元器件的可靠性不斷提高，但是不論變頻器采用多么先進的工藝水平制造，變頻器在充當異步電動機驅動器的角色時候，難免會受到干擾和損壞，盡管其器件的可靠性可能很高，但是在生產過程中不可預知的變換量太多，所以如果工業企業部門想在生產過程中合理應用變頻器，避免造成不必要的損失，首先應該讓工程技術人員熟知變頻器的內部結構和工作原理，同時不斷在解決問題中總結經驗教訓，并采取正確的預防措施。這樣既可以提高工作人員的工作效率，又可以保障企業的正常生產，同時避免遭受不必要的損失。

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