張友平

（林德氣體（廈門）有限公司，福建 廈門 361022）

0 引言

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，變頻器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用率越來越高，變頻器技術(shù)也在持續(xù)推陳出新，擁有越來越強(qiáng)的功能性和可靠性。但是，相關(guān)領(lǐng)域針對工業(yè)變頻器的使用，存在一定的問題，設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值沒有被充分發(fā)揮，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，在工業(yè)變頻器的使用過程中，需要對該特性進(jìn)行研究，做好日常維護(hù)檢修工作。

1 變頻器的組成

變頻器是當(dāng)今社會(huì)中一種重要的電子控制技術(shù)，該技術(shù)繼承了高壓大功率晶體管，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電壓、電流的靈活控制。變頻器主要是由整流單元、逆變器、控制器等組成的，各部分的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與配合是實(shí)現(xiàn)變頻功能的關(guān)鍵。整流單元是將系統(tǒng)運(yùn)行過程中相對固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電的核心裝置；逆變器是方波轉(zhuǎn)化裝置，其是由大功率開關(guān)晶體管陣列組成的，根據(jù)不同元件及系統(tǒng)的需求，對直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)化；控制器的功能是根據(jù)相關(guān)功能設(shè)定的要求，對系統(tǒng)輸出方波的脈寬、幅度進(jìn)行控制，將其處理成為近似正弦波的交流電，然后驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)開始工作。在變頻器中，主電路包括整流器、濾波器和逆變器等，逆變器的電路維護(hù)需要遵循其基本構(gòu)造特點(diǎn)，在保證安全的基礎(chǔ)上，做好電路檢修和維護(hù)。

2 變頻器維護(hù)中存在的問題

針對變頻器的檢修與維護(hù)，是維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)揮變頻器功能價(jià)值、提高系統(tǒng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵。但是在實(shí)際的檢測維護(hù)工作當(dāng)中，受到內(nèi)外多種因素的影響，變頻器維護(hù)中依然存在一些問題，需要針對性地進(jìn)行解決。

首先是安裝問題，部分技術(shù)人員將變頻器安裝在有振動(dòng)的設(shè)備上，或者在安裝時(shí)沒有考慮變頻器冷卻散熱需求，導(dǎo)致散熱空間過小，無法有效維持其運(yùn)行溫度。因此，技術(shù)人員在安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮散熱需求，在既定的空間條件下，盡量采取縱向位進(jìn)行安裝。

其次是低速運(yùn)行和短路問題，前者是指變頻器長期處于低于15 Hz 的低速運(yùn)行狀態(tài)，后者是指系統(tǒng)由于各種原因出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。長期低速運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致變頻器的運(yùn)行溫度增高，系統(tǒng)現(xiàn)有的散熱系統(tǒng)無法滿足實(shí)際需求。因此，要針對性地加裝散熱風(fēng)扇或相關(guān)裝置。針對系統(tǒng)的短路問題，技術(shù)人員要在日常檢修維護(hù)中做好除塵、防水的工作，并且要避免因?yàn)橹苓厹囟葴夭钸^大而在變頻器周圍出現(xiàn)露水凝結(jié)的情況[3]。如果變頻器在很長一段時(shí)間內(nèi)沒有運(yùn)行，在開機(jī)使用之前要先檢查電路板，做好清理工作，再通電試運(yùn)行。

再次是電壓不穩(wěn)、系統(tǒng)異常振動(dòng)的問題，導(dǎo)致變頻器電壓不穩(wěn)的原因很多，通常情況下可以在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中加裝穩(wěn)壓器或過壓保護(hù)裝置。如果系統(tǒng)容易出現(xiàn)異常振動(dòng)的現(xiàn)象，要及時(shí)查明振動(dòng)源。如果是外部裝置的原因，要采用合適的方法減少其與變頻器核心元件的接觸面積。如果是內(nèi)部原因，就要檢查各部件的安裝準(zhǔn)確度，擰緊螺栓，對有故障問題的元器件進(jìn)行處理。

另外是雷擊或干擾問題。針對雷擊問題要在安裝變頻器時(shí)就做好防范措施，定期巡檢時(shí)要全面檢查防雷接地裝置是否處于正常狀態(tài)。雷雨天氣要檢查變頻器所在房間內(nèi)外情況，關(guān)好門窗，降低系統(tǒng)被雷擊的概率。針對干擾問題，要避免變頻器周邊有大電流或經(jīng)常高負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)備。如果變頻器所在系統(tǒng)中的各類干擾問題在所難免，則需要將變頻器的控制電纜更換為屏蔽線，主電纜使用變頻器專用電纜，再加裝濾波器。另外，要定期對變頻器工作環(huán)境中的電磁干擾因素以及系統(tǒng)內(nèi)部電流電壓穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)干擾因素則采取必要方法進(jìn)行處理，為變頻器創(chuàng)造更好的運(yùn)行環(huán)境。

最后是變頻器檢測工作問題，主要表現(xiàn)為相關(guān)人員對檢測工作不重視，沒有掌握專業(yè)的檢測維修技術(shù)工藝，在檢測工作當(dāng)中表現(xiàn)得隨意、馬虎、不嚴(yán)謹(jǐn)。顯然，這種情況會(huì)導(dǎo)致變頻器系統(tǒng)中的各類問題及故障隱患長期存在，較難被發(fā)現(xiàn)，不僅不利于系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，還可能造成巨大的安全事故或經(jīng)濟(jì)損失。對此，相關(guān)單位需要提高工業(yè)變頻器檢修維護(hù)人員的準(zhǔn)入門檻，并在相關(guān)人員入職之后做好培訓(xùn)工作，確保相關(guān)人員在掌握扎實(shí)知識(shí)技能的基礎(chǔ)上，具有良好的職業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任感。在此基礎(chǔ)上，再針對檢修維護(hù)工作制定完善、嚴(yán)謹(jǐn)、可行的管理監(jiān)督機(jī)制，做好權(quán)責(zé)劃分，并且執(zhí)行獎(jiǎng)懲制度，全面提高相關(guān)部門的工作水平。

除此之外，變頻器還會(huì)受到電磁干擾的影響，干擾產(chǎn)生的主要原因在于外部組件與變頻器之間的相互干擾。具體表現(xiàn)主要為2 個(gè)方面。首先，外部組件產(chǎn)生的對變頻器的干擾。這主要是由于變頻器中的交直流設(shè)備、整流設(shè)備以及電子電壓相關(guān)設(shè)備等對于局域網(wǎng)來講均為非線性負(fù)載，產(chǎn)生的諧波能夠影響其他電氣與電子設(shè)備，甚至對電網(wǎng)電源質(zhì)量產(chǎn)生干擾。其次，變頻器對外部組件產(chǎn)生的干擾。變頻器和整個(gè)局域網(wǎng)相比屬于非線性負(fù)載，因此在使用過程中也會(huì)對其他組件造成干擾。同時(shí)變頻器當(dāng)中的逆變器多數(shù)使用PWM 技術(shù)，處于開關(guān)模式狀態(tài)下，并且進(jìn)行高速切換時(shí)，會(huì)有耦合性噪聲產(chǎn)生。因此變頻器對于其他電器、電子設(shè)備來講屬于電磁干擾源。

3 變頻器常見問題的解決思路和方法

3.1 加強(qiáng)電磁抗干擾管理

首先，可以運(yùn)用空間隔離措施?？臻g隔離將容易出現(xiàn)干擾的兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行分開放置，使其在空間位置上留有一定距離，進(jìn)而在電磁干擾產(chǎn)生和傳輸時(shí)便會(huì)有所削弱或者是完全消失，進(jìn)而對其他設(shè)備的干擾減少。但是在空間面積的影響下，要想完全實(shí)現(xiàn)空間隔離并不現(xiàn)實(shí)，也會(huì)使空間被大量占用。在此情況下，可以將容易被干擾的變頻器以及弱電控制設(shè)施進(jìn)行分開放置，在條件允許的情況下盡量保持一定距離，中間位置可以放置不容易被干擾的設(shè)備。變頻器在實(shí)際運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生高次諧波，引發(fā)磁場對部分機(jī)械部件形成電磁策動(dòng)力。策動(dòng)力如果在頻率上與機(jī)械當(dāng)中部件的頻率相等或者相似，都會(huì)造成電磁影響下震動(dòng)的發(fā)生。將震動(dòng)減少的主要方式為將交流電抗器在電動(dòng)機(jī)與變頻器之間接入，促進(jìn)變頻器中產(chǎn)生高次諧波的減弱。在此情況下，抗電器需要安裝在和變頻器距離較近的地方，進(jìn)而將引線距離減少。

3.2 制定定期檢修機(jī)制

針對變頻器常見的各種故障問題，最好的方法是針對變頻器做好日常的檢修工作。相關(guān)單位人員需要根據(jù)實(shí)際情況，制定一套完善的檢修維護(hù)工作機(jī)制。該機(jī)制應(yīng)當(dāng)由定期巡檢和針對性檢查兩部分組成，前者重點(diǎn)在于對變頻器乃至整個(gè)系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，后者重點(diǎn)在于對變頻器容易發(fā)生故障的地方進(jìn)行針對性、深入性的檢查。在定期檢修環(huán)節(jié)中，操作人員需要確保電源被切斷，待變頻器的面板電源指示燈完全熄滅之后，還要再等待4 min～15 min，該等待過程的目的在于讓主電流直流濾波電容器能夠充分放電，而等待時(shí)長則與變頻器容量成正比[2]。在操作之前，還要使用萬用表確認(rèn)電容器是否完全放電。在檢查完成之后，需要保證所有裝置歸位，然后讓設(shè)備帶電機(jī)空載試運(yùn)行一段時(shí)間，觀察其電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向、變頻器運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定。

例如，筆者依據(jù)變頻器使用手冊和自己的工作經(jīng)驗(yàn)，制定了一套變頻器3 年期維護(hù)檢查的機(jī)制，具體流程如下。1）拆下變頻器控制主板，然后使用除塵器及毛刷，將變頻器內(nèi)部IGBT 模塊、線路板等位置清理干凈，降低灰塵對其工作及散熱的影響。對于線路板臟污的位置，針對性的使用棉布沾適量酒精進(jìn)行擦除。然后要檢查變頻器裝置內(nèi)各條導(dǎo)線絕緣層的完整度和狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)破損要及時(shí)更換。2）在變頻器的工作過程當(dāng)中，會(huì)因?yàn)橥獠繙囟茸兓蛘駝?dòng)問題而出現(xiàn)螺絲、元件松動(dòng)的情況。因此，在日常檢修保養(yǎng)的過程中，要檢查各個(gè)螺栓、緊固件、元件是否足夠緊固。然后要檢查系統(tǒng)散熱風(fēng)扇是否完好，尤其要檢查散熱風(fēng)扇的軸承，通常按照2 年更換一次風(fēng)扇軸承的頻率，確保系統(tǒng)散熱正常。3）針對系統(tǒng)變壓器以及輸入輸出電抗器的檢查，筆者采用專業(yè)的方法，評估其是否出現(xiàn)過熱的情況。同時(shí)，通過感官看外部是否有變色、異味情況。同時(shí)，要對變頻器系統(tǒng)中部回路濾波電解電容器的安全閥進(jìn)行檢查，明確是否存在裂縫、變形等問題。通常情況下，濾波電容器使用壽命為五年，需要按照1 年的間隔時(shí)間進(jìn)行檢查，最后2 年則按照半年1 次的頻率進(jìn)行檢查，確保其處于正常工作狀態(tài)。4）要對變頻器絕緣電阻進(jìn)行檢查，并且要嚴(yán)格杜絕使用兆歐表進(jìn)行測量檢測，否則很容易導(dǎo)致系統(tǒng)電子元器件受到影響。在檢查時(shí)，要斷開變頻器電源，然后檢查系統(tǒng)各位置是否按照規(guī)范接地。

3.3 加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)

工業(yè)變頻器應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范要求安裝在室內(nèi)，否則容易受到外部環(huán)境的不利影響。安裝環(huán)境的溫度應(yīng)當(dāng)控制在-10 ℃～40 ℃，相對濕度要控制在90%以下，且變頻器內(nèi)外不能因環(huán)境原因凝結(jié)露水，否則可能導(dǎo)致短路問題的發(fā)生[1]。變頻器安裝位置不能被陽光長時(shí)間直射，要遠(yuǎn)離腐蝕性、可燃性氣體，周邊不能有較強(qiáng)振動(dòng)或電磁干擾因素。具體來講，變頻器因各種因素而出現(xiàn)的振動(dòng)幅度要控制在3 mm 以內(nèi)，否則會(huì)影響其正常功能。

在變頻器的安裝中，要預(yù)留足夠的拆裝、檢修維護(hù)空間以及散熱空間，并且還要安裝必要的通風(fēng)換氣裝置。如果電力系統(tǒng)中存在高次諧波、無線電干擾設(shè)備，在安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)與變頻器保持足以消除影響的距離。

針對系統(tǒng)中長期保持運(yùn)行的變頻器，檢修人員首先可以通過目視的方式進(jìn)行檢查，檢查重點(diǎn)是變頻器的運(yùn)行狀態(tài)和外觀品質(zhì)。定期的巡視檢查，可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)變頻器比較嚴(yán)重的異?，F(xiàn)象。其次，檢修人員要按照規(guī)范檢查變頻器周邊環(huán)境溫度。變頻器在長期運(yùn)行狀態(tài)下，會(huì)有大量熱量產(chǎn)生，部分熱量在不能及時(shí)擴(kuò)散的情況下會(huì)在設(shè)備當(dāng)中殘留，進(jìn)而使設(shè)備老化加快，影響其實(shí)際運(yùn)行效率。通常情況下，如果變頻器工作環(huán)境溫度在合理范圍之外每升高10 ℃，設(shè)備的使用壽命將減少一半。變頻器工作的最佳環(huán)境溫度是25 ℃左右，最佳相對濕度為30%左右。檢查過程中要明確變頻器顯示面板上的相關(guān)數(shù)值是否在合理范圍之內(nèi)，變頻器散熱風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，散熱口是否被遮擋等。設(shè)備中的風(fēng)扇能使產(chǎn)生的熱量得以降低，并且可以在設(shè)備機(jī)房當(dāng)中對循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行安裝，進(jìn)而使室內(nèi)溫度得到保證，促進(jìn)變頻器的降溫。另外，要針對變頻器的故障報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行檢查，明確其是否處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。變頻器工作過程中，其交流輸入電壓極限應(yīng)當(dāng)是418 V，如果主電路外加輸入電壓超過該最大幅度，很可能會(huì)導(dǎo)致變頻器無法運(yùn)行，甚至損壞變頻器。變頻器屬于精細(xì)程度較高的電子設(shè)備，包括多種電子組件和電子元件，溫度高低與其實(shí)際使用壽命之間聯(lián)系緊密，通過變頻器實(shí)際運(yùn)行環(huán)境溫度的降低，能夠延長使用壽命，并且使設(shè)備穩(wěn)定性得到保證。一般來說，在較為重要設(shè)備放置機(jī)房當(dāng)中會(huì)設(shè)置散熱冷卻相應(yīng)系統(tǒng)，其中主要有加裝風(fēng)道、空調(diào)移機(jī)冷水設(shè)備等。除此之外，變頻器在實(shí)際應(yīng)用過程中，也會(huì)出現(xiàn)電源異常問題，故障主要體現(xiàn)在欠壓、過壓一級停電，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這幾種的混合形式，異?，F(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于輸電線路受到雪、風(fēng)、大雨等的影響。部分情況下也會(huì)出現(xiàn)相同供電系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)相間短路與對地短路問題，如在電弧爐、電焊機(jī)、軋鋼機(jī)等影響下，電壓會(huì)出現(xiàn)閃變問題。在一個(gè)車間中，多臺(tái)變頻器出現(xiàn)容性整流負(fù)載情況下，產(chǎn)生的諧波會(huì)對電網(wǎng)質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，影響不嚴(yán)重的情況下會(huì)使其難以連續(xù)運(yùn)用，在影響嚴(yán)重情況下將會(huì)使設(shè)備在輸入回路上有所損壞。為了使設(shè)備得以正常運(yùn)用，供電電源應(yīng)使用雙電源，在備用電源安裝過程中需要使用變頻器，確保變頻器電源能夠正常供電，電弧爐、電焊機(jī)、軋鋼機(jī)等需使用電容補(bǔ)償柜。

4 變頻器優(yōu)化改造實(shí)踐分析

在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力進(jìn)一步提升、各項(xiàng)工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步的情況下，為了進(jìn)一步滿足工業(yè)生產(chǎn)管理的新要求，對工廠設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行了改造升級。筆者針對公司某現(xiàn)場的8466C 水泵電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了變頻運(yùn)行改造。在該過程中，首先設(shè)置水泵電機(jī)直接啟動(dòng)方式為變頻運(yùn)行方式，打開水泵所有的閥門，然后根據(jù)系統(tǒng)中冷卻水的流量及目標(biāo)壓力，通過DCS 輸入4 mA～20 mA 的電流信號(hào)改變變頻器的頻率。通過這種方式，對水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，滿足了控制流量和系統(tǒng)壓力的需求。為了保證在變頻器發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)也能正常生產(chǎn)，筆者所在的技術(shù)團(tuán)隊(duì)為系統(tǒng)設(shè)置了旁路接觸器，一旦變頻器發(fā)生故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將水泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行。同時(shí)在變頻器回路設(shè)置了輸出接觸器，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將與主電路完全斷開，確保系統(tǒng)安全，同時(shí)為后續(xù)的維修、更換創(chuàng)造安全的條件。本次變頻器系統(tǒng)改造完成之后，經(jīng)過3 個(gè)多月的運(yùn)行觀察，如圖1 和表1中的數(shù)據(jù)所示，可以發(fā)現(xiàn)該變頻器柜內(nèi)的溫升符合實(shí)際要求。

圖1 變頻器柜紅外成像圖

表1 變頻器改造后溫升數(shù)據(jù)示意

5 結(jié)語

綜上所述，在如今自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展和大范圍應(yīng)用的大環(huán)境下，工業(yè)變頻器的使用和維護(hù)管理至關(guān)重要。針對工業(yè)變頻器及相關(guān)系統(tǒng)的檢修和維護(hù)工作，技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)深入分析在工作過程中可能面臨的挑戰(zhàn)、問題及干擾因素，再在全面了解變頻器系統(tǒng)功能特性的基礎(chǔ)上，制定嚴(yán)謹(jǐn)、完善的檢修維護(hù)管理工作制度，結(jié)合定期檢修維護(hù)與重點(diǎn)檢修維護(hù)的工作機(jī)制，全面提高變頻器檢修維護(hù)工作水平；再通過具體的案例應(yīng)用，來不斷加深對變頻器性能和結(jié)構(gòu)的了解。這樣才能嫻熟地掌握變頻器的正常運(yùn)行狀況和維護(hù)技能，充分發(fā)揮其功能價(jià)值。