变频器的维护和检修

1 引言

　　随着工业自动化的发展，变频器的运用越来越广泛，随之而来的维护和检修问题也就不可避免。变频器的维护和检修问题当然离不开其组成结构和工作原理，对于现在大多数变频器都是间接方式变频工作的交-直-交工作方式，对于实际用量少的其他类变频方式这里不做介绍。

　　图1是交-直-交变频器的工作原理框图：

图1 交-直-交变频器工作原理框图

　　从原理和结构上容易看出它是由大功率电子元器件和几块不同功能的电路板组构成，既然有电路板、大功率元件就需要对散热方式和运行环境提出要求。

2 变频器维护要点

　　对于变频器装置要求：环境温度-15℃至50℃、环境湿度5%至85%、振动幅值不大1mm、振动加速度不大于7m/s2、输入电源电压偏差±10%、输入电源频率±5hz、变频转换效率98%。清灰、维护周期根据环境条件应在6~12月进行必须一次，吹灰要求顺着风道方向进行；冷却风机轴承运行50000小时必须更换，以防突然损坏产生更大损失；变频器整机备件储备时间一年以上，由于大容量电解电容长时间不用自放电严重，不能立即给定额定电压，否则会产生电容爆炸，应先给定50%的额定电压运行2小时后，再加到额定电压运行。变频器整机备件储备时间超过二年以上，应先给定25%的额定电压运行2小时，增加到50%额定电压运行2小时，再增加到75%的额定电压运行2小时，最后增加到全部额定电压运行；变频器所带负荷容量不应小于变频器额定负荷容量的六分之一，有利于稳定运行。

　　变频器由于大功率电子元件较多，在运行中由于种种原因，经常损坏的有：igbt模块、直流母线滤波电解电容、整流桥等。经验表明：通常在同一品牌同一系列同规格中，各种同功能电路板可以通用互换，也就是说变频器内部易损元件储备时，可以只储备同一规格（不同型号）中容量最大一种型号的易损器件，基本可以应对突发事件，这样做可以减少元件的储备种类，大大降低库存资金。

3 变频器检修思路

多数交-直-交变频基本原理图如图2：

　　从图2分析出交-直-交变频基本原理：首先将三相交流电滤波后通过桥式整流电路转换成直流电，滤波后将直流电由桥式逆变电路转换成不同频率的三相交流电输出。

图2 交-直-交变频基本原理图

　　3.1 确定变频器的故障范围

　　在实际经验检修中，一般在没有变频器电路原理图情况下，变频器多由主电路电力电子元件的损坏造成。对于主回路部分首先应判断故障范围，给变频器上电，测量直流母线电压值是否等于输入电压有效值的1.35倍。若电压正常可分判断逆变部分故障，否则可能是整流功率元件、预充电回路或滤波电容等元件损坏。

　　对于少数内部有接触器的变频器，接触器是直流母线预充电部分，其启动是由变频器上电后，自检测无故障报警信号和给定“启动”信号后才启动接触器。接触器如果不启动没有直流母线电压，就无法判断故障范围。首先，模拟给定逆变部分“无故障”反馈信号和外部启动信号，人为让接触器吸合，可测量到直流母线电压，根据直流电压大小判断故障范围，方法同上。注意启动预充电接触器前，给定的信号有时是脉冲触发信号而不是电平信号。

　　3.2 整流单元静态检测

　　判断整流部分某个功率元件损坏方法是利用整流元件的单向导电性，在静态下正、反阻值正常时应不同，具体方法如下：

　　整流部分的三相桥式整流电路可能是二极管整流、可控硅半控整流、可控硅全控整流或是igbt整流。不管是哪种方式，三相整流电路是对称的，则静态测试阻值结果应符合对称原则，即在静态下三相输入或输出端相对直流母线正、负极正反测试值应是对称的。选择万用表的“二极管”档。

　　(1)第一步，将红表笔接直流母线正极，黑表笔分别接电源输入三相接线端处，3个测试值应该是相同的。再反过来，将黑表笔接直流母线正极，红表笔分别接输入电源三相接线处，3个测试值也应该是相同的。若采用二极管整流桥进行整流导通时万用表显示0.4~0.6v，反向截止时显示无穷大。如果三相测量值偏差较大，或是某相正反测量值相近或相同，则此二极管元件损坏。对于预充电回路设计在整流桥后的，通过上述操作可以判断整流桥正半周3个整流元件的好坏。

　　(2)第二步，将红表笔接直流母线负极，黑表笔分别接输入电源三相接线处，3个测试值应该是相同的。再反过来，将黑表笔接直流母线负极，红表笔分别接输入电源三相接线处，3个测试值也应该是相同的，对于预充电回路设计在整流桥后的，这样操作就可同样判断整流桥负半周3个整流元件的好坏（对于12脉波整流桥测试方法同上）。

　　注意：对于预充电回路设计在整流回路之前的，是采用可控硅半控或全控桥整流，测试结果应有一相与其他两相正反电阻测试值不相同，也就是说有一相实际是测试的二极管预充电回路的电阻值。
3.3 逆变单元静态检测

　　对于6脉波触发的三相逆变桥原理也是利用每个逆变igbt模块内都并联一个续流二极管，静态下存在单向导电性，测量方法同整流桥检测方法相同，就是直流母线正、负极对三相输出点的测试值进行比较，应三相测试值相同。元件单相导通时万用表显示0.3~0.4v，反向截止时显示无穷大。主回路短路故障也有可能是保护功率元件的压敏电阻异常所致，造成经常损坏功率元件。

　　3.4 控制电路检测

　　控制电路的检测方法以acs800-04为例，变频器加电后观察aint主板上信号灯v204亮绿灯表示＋5v正常、v309亮红灯表示防误起保护处于on状态、v310亮绿灯表示igbt门极驱动正常，rmio外部信号接口板上红灯亮表示故障、绿灯亮表示电源＋24v正常。最后用示波器检测每个功率元件的触发极是否有触发信号，一般正常有5v电压触发。没有信号灯的电路板（rint主电路接口板、rrfc滤波板、rvar压敏电阻板等）可以静态测试可能损坏元件的阻值，进行粗略判断，也不防换块同型号电路板试试。通常情况下，控制板上应该是绿灯正常，亮红灯表示有故障。

　　3.5 常见故障检测

　　控制电路常出现故障较多的是电源板，检查其输出应有+24v、+5v、±15v或±12v等电源，若某相电压不正常应仔细检查其供电负载和电源板本身；若出现“过流报警”信号应检查igbt模块或电流传感器部分。霍尔电流传感器电源一般是双电源供电，其输出是0～10v或4～20am标准信号，随负载电流变化而变化；若有“高温报警”通常是风机故障或测温元件损坏，测温元件一般安装在散热器上或内置于igbt模块中，其通常采用负温度系数（ntc）电阻，常温静态下测试时承高阻值；若出现“直流母线过压”信号应检查电源电压、电压互感器和制动斩波器部分，因负载工作不稳定时常发生；有的变频器内部工作的直流电源有两路，一路由输入电压降压整流产生，另一路是采样直流母线电压经串电阻降压或直流斩波得到。

4 安全注意事项

　　检修作业前应注意安全，最好有专人监护，确保人身、设备安全，不要人为将故障扩大。切忌将变频器的输入输出端接反，否则直接损坏变频器；在检修过程中注意变频器停电后直流母线上会有高压，应等待5分钟以上，方可触摸，或者人为对电容放电，按电容放电标准安全作业，放完电后方可继续作业；变频器在通电待机状态下或已启动在给定零转速状态下，其输出端三相对地都有直流200v左右高压，请注意人身安全；在对控制板检测时最好不要用手触摸板上集成芯片的管脚，以防静电损坏集成芯片，造成不必要的损失。

5 结束语

　　按要求维护变频器可以大大延长其使用寿命，减少故障率。检修变频器在保证安全的前期下进行，按照常规诊断电气故障的方法，首先判断故障范围，遵守先查主电路部分，后查控制电路部分的原则。通过学习掌握各种变频器的工作原理，对实际经验检修会带来很大的帮助。