陳江波

（中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設計研究所，西安 710089）

在科學技術日新月異的背景下，工業(yè)生產的自動化水平明顯提升，變頻器控制是實現自動化控制的基礎，近些年我國變頻器技術在發(fā)展中持續(xù)完善，越來越多的工業(yè)企業(yè)將這種設備用于現場生產中。雖然變頻器自身的檢測保護功能較完善，但是具體生產實踐中，可能因部分人員沒有規(guī)范操作變頻器、沒有定期維護等，還是會導致變頻器出現故障問題。對于工業(yè)企業(yè)而言，變頻器是一種高投資設備，如果實際使用中能做好故障預測、評估及維修工作，完善常規(guī)保養(yǎng)，則能顯著降低故障發(fā)生率，確?，F場生產的連續(xù)性，幫助企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益。

1 交流變頻器的介紹

交流變頻器實質上就是一個逆變器設備，其先把交流電轉變成直流電，隨后運用電子元件對直流電進行開關動作，使其轉變成交流電。通常功率偏大的交流變頻器運用了可控硅，且布置一個可調頻率的裝置，借此方式使頻率在一定范圍內可以調控，用于控制電機的轉速，這樣轉速在一定范圍內也是可調節(jié)的。交流變頻器的優(yōu)點包括：①調速過程平滑。②調速范圍相對較大。③調速效率較高，能耗較低。④啟動電流較小。⑤運行過程平穩(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 故障現象及成因

變頻器使用期間有規(guī)律地調整電源頻率、電流及電壓進而控制電氣設備，因為以上指標發(fā)生變動時，變頻柜周邊的磁場也會出現一定改變，給周邊的電氣設備，尤其是電流電壓檢測設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備，則不利于裝置的常態(tài)化運作，很可能引起各種電氣故障問題，包括指示燈異常閃爍，裝置誤動作，部分情景下會燒損部分控制元器件。以上這些故障點出現在大型關鍵設備上的概率較高。

2.1.2 故障處理方法

（1）選定在適宜位置安裝變頻柜，嚴禁和控制柜并排安裝，若現場安裝空間受限，則一定要維持超過1 m以上的間距，確保干擾源不對控制設備運行狀態(tài)產生負面影響。

（2）針對輸入設備的電源電流要進行隔離處理，嚴禁出現信號電纜和動力電纜共用電纜橋架的情況，電纜現場敷設完以后必須覆蓋上橋架蓋板進行隔離，確保磁場不會形成回路，生成感應電流。

（3）加強可靠性保證，即全部電氣設備均要進行工作接地和保護接地處理。

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

（5）若運用以上辦法后依然存在著一些電磁干擾，則可以嘗試運用如下方法處置：其一是把控制燈及按鈕調換成防電磁干擾的指示燈以及有關元器件；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 外部設備故障導致的變頻器報警

和變頻器銜接的設備或外部檢測裝置運轉狀態(tài)欠佳，或者突發(fā)故障異常時容易使變頻器出現報警、跳車等情況。

（1）供給電源質量不達標造成裝置報警，比如電壓水平過低，缺相，頻率極度無規(guī)則，形成諧波等。

（2）控制線路電壓級別不正確，控制信號形式有錯誤及通信線路信號出現中斷。

面對以上故障，技術人員可以采用如下處理方法。

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

（2）檢查變頻器電路，依照準確電壓級別提取電壓電流信號，比如電位器的電壓信號為5 V或者24 V，輸送至變頻器內的是電壓信號或電流信號；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失真。

（3）通過試驗檢測控制系統(tǒng)的啟動形式，確定是遠程控制還是就地控制，結合現場實際工況布置適宜的驅動模式。

2.3 變頻器內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溫度高實質上就是主板構件溫度高，成因主要是運行環(huán)境溫度過高或ⅠGBT的實際散熱量過大，熱量發(fā)散效率偏低，經過一段時間后就會造成局部溫度過高。理論上，需要把變頻器的ⅠGBT運行溫度調控在90℃之下。

針對以上情況，可以運用的處置辦法主要有以下幾種。

（1）檢測運行環(huán)境溫度：變頻器現場運行環(huán)境溫度應被調控在40℃內，長時間高溫會增加變頻器運行故障發(fā)生率，縮短其使用壽命。

（2）檢測并確保設備的通風量適宜，風扇整體運行狀態(tài)良好。

（3）檢查并判斷設備電機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整變頻器的容量，提升其與設備容量之間的匹配度。

（4）很多變頻器設備使用年限較為長久，內部空間內嚴重積灰，可能成為主板溫度過高的誘因，設備使用單位要定時對變頻器內部進行清灰處理。

2.3.2 電機溫度高及處置辦法

導致電機運行過程中溫度過高的原因除了設備自身因素之外，與變頻器相關的主要為電機過載情況，電機功率過低或冷卻設施運行不力，實際散熱效率偏低。也可能是因變頻啟動參數不合理導致的，降壓啟動時間過于長久，啟動電流在較長時間內維持在較高水平上，均會引起電機溫度過高的情況。

針對這種故障可以采用如下方法處理：試驗檢測電機通風狀態(tài)，若能確定通風良好，則要按照技術規(guī)范逐一檢查變頻器運行參數是否精準無誤，尤其是判斷啟動時間是否符合規(guī)定要求。

2.3.3 變頻器啟動故障預警及解決方法

開啟變頻器環(huán)節(jié)時發(fā)現故障燈不停閃爍，瞬間沒有跳車動作，面對以上這種情況要仔細檢查設備運行參數，判斷參數是否準確及布置情況是否符合裝置的現場啟動條件。對故障采用復位措施以后，如果依然存在故障信號，則要考慮變頻器本體的質量有問題，技術人員要及時聯(lián)系設備售后服務進行專業(yè)咨詢以盡早解除故障。

2.3.4 變頻器啟動或運行時跳車及解決措施

啟動變頻器設備發(fā)出報警信號或運行過程中報警。針對以上故障現象，技術人員先查看故障代碼，和設備技術說明書內容對比分析，依照故障代碼內容處置故障，以上這種狀況多是由于電機啟動電流偏大或電機運行過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)導致的。

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

（2）電機運轉過程中電壓水平偏低或失穩(wěn)原因主要有2個，其一是設備自身功率偏大或輸送線路較長，以致啟動設備環(huán)節(jié)中電網電壓明顯下跌，無法達到設備運行允許電壓水平，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，則要檢測設備運行啟動時間是否過于短暫，如果設備在未抵達設計轉速時就全壓啟動，便會導致大功率裝置啟動操作造成電網電壓水平下降。

（3）中間電路直流電壓偏高，造成中間直流電壓水平偏高，以上這種故障時常發(fā)生在冶金爐體、水泵等大功率設備啟動、停車環(huán)節(jié)中。其具體成因主要包括如下幾點：一是過電壓保護控制器工作異常；二是制動斬波器或制動電阻動作異常或電阻不運作；三是沒有精準設置減速時間長度。針對這種故障問題，可以嘗試運用如下方法處理：①檢測過電壓保護器是否常態(tài)化運作，主要判斷是否能穩(wěn)定輸出電壓，若輸出過程波動程度較大則要盡早更換新的過電壓保護器；②檢測制動電阻或斬波器各自的完好性，明確制動器是否能正常啟閉，若其工作異常很容易引起這種故障問題；③測量制動減速時長，若和機械制動時間相比，減速時間偏短則會導致中間電路直流電壓值攀升，若相比之下減速時間較長則會造成制動電阻或變頻器制動單元明顯發(fā)熱。

2.3.5 帶載試車環(huán)節(jié)變頻器故障跳車及解決

設備載重因素，若設備長時間處于大負荷運行狀態(tài)下，導致啟動電流值偏大或啟動時間明顯延長設置超限，例如，爐體驅動系統(tǒng)帶爐體運轉過程中，由于爐體自身為不規(guī)則體，若在冷態(tài)工況中，爐體發(fā)生偏心狀況的風險會相應增加，啟動環(huán)節(jié)會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械配重的形式調整重心，或修改變頻器部分運行參數以使其運轉至正常部位。這類故障多發(fā)生在爐體停爐檢查維修工作中。

2.3.6 缺相故障報警與解決措施

引起這種故障的因素有電機部分運行參數異常、電力線路局部出現絕緣破損或斷開狀況、電源質量不合格或整流逆變電源模塊有故障缺陷，輸出電壓不準確。

故障處理時可采用如下方法：測試檢查電機設備參數是否存在異常，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確輸出電壓。

2.3.7 變頻器報接地故障及處置處理辦法

處理這種故障時技術人員應先檢測檢驗電機運行參數是否有異常，配合應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)行以上檢測項目后能確定電機與電纜均無異常問題，則要按照技術規(guī)范逐一檢測變頻器內元器件使用性能，及時清除內部灰塵，確保設備內部環(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臺變頻器驅動1臺設備的狀況，比如對于主廠房內的大型冶金行車，其是由2臺電機驅動主鉤實現生產運行的，若電機實際運轉時間或轉速不同步，則就會引起這種故障。處理這種故障時，要先檢查是否準確設置了電機及變頻器內部參數，2臺變頻器運行參數設計值要保持一致；檢測電機抱閘系統(tǒng)是否能常態(tài)化運作；若抱閘不開啟或啟閉動作不同步也會誘發(fā)這種故障；檢查電機運行參數并判斷其是否和技術標準保持一致，尤其是編碼器參數信息，若經比較發(fā)現其和設計值之間有很大偏差，則要繼續(xù)檢查編碼器能否正常運轉。

3 變頻器的日常維護

3.1 記錄運行數據、故障發(fā)生情況

工業(yè)實際生產中可以支配專人每天詳細記錄變頻器設備的輸出頻率、輸出電壓電流及散熱器溫度等參數信息，將其和說明書上標定數據進行比較，及時發(fā)現故障隱患因素，及時將其消除在萌芽中。如果設備運行過程中已經發(fā)生了故障，工作人員要準確記錄呈現出的故障代碼信息及故障發(fā)生時變頻器的具體運行工況，為后期維修技術人員分析、排查及解除故障提供可靠的信息支持。

3.2 日常維護檢查

日常維護檢查，即在變頻器現場生產過程中或在不拆除設備蓋板等配套設施的工況下，工作人員對設備進行通電和啟動試驗，有效監(jiān)測變頻器的實際運轉狀況，借此方式排查各種反常狀況。日常檢查的內容主要包括鍵盤面板顯示是否正常，儀表指示是否準確無誤；冷卻風扇是否正常運轉；變頻器周邊空氣相對濕度和氣溫是否適宜；控制系統(tǒng)是否出現嚴重積灰情況；電源開關是否發(fā)生缺相；電動機運行狀態(tài)是否存在異常；工作電壓以及散熱溫度是否異常等。

3.3 定時進行保養(yǎng)

工業(yè)生產實踐中，要結合變壓器的現場運行環(huán)境及自身負載特征，編制出最為科學、合理的檢修周期與制度。在經歷使用周期以后，對變頻器進行解體、檢查、測量等整體化維護一次，力爭在早期就排查到故障隱患因素，及時排除，具體操作方法如下。

（1）指派專員定時全面檢查、維護變頻器設備，特殊情況下可以對整流、逆變模塊等進行解體、檢測、度量、除塵及擰緊處置。

（2）定時清理變頻器內粉塵、油及腐蝕雜質等。這種清灰保養(yǎng)主要是處理變頻器內與風路內的積灰等污物。運用電子清潔劑噴洗主要印制板構件，剔除板面的老化層及導電介質。

（3）變頻器的定期清理。處理構件以主控板、驅動板和開關電源板等為主，經濟條件允許時盡量選用全新品進口，及時去除表面老化層及導電機制；運用先進的加膜技術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）針對輸入/輸出端、直流電容、快熔、整流及逆變模塊等進行整體檢查，主要運行參數測試分析，及時更換局部燒損或參數波動較大的元器件。

（5）時常檢查電源電壓指標的變動情況。有針對性地優(yōu)化變頻器的現場應用環(huán)境，及時解除負載變動大的狀況，以防大電流給變頻器運行可靠性造成較大溫度沖擊。

（6）當下國內通用型“交-直-交”變頻器工作原理的首個步驟是把工頻市電整流成為直流電，將電能供應給逆變單元，以上過程中需要使用到大容量的平波電容。當下這種大容量電容大部分是運用鋁電解電容，環(huán)境溫度、運用條件和脈動電流指標均會對鋁電解電容使用壽命產生一定影響。若工業(yè)企業(yè)引進的變頻器組裝了直流電抗器，那么整流環(huán)節(jié)的脈動電流偏低，于普通環(huán)境下運用時，鋁電解電容的使用年限能達10年左右，和變頻器的壽命相當，此時不必考慮更換主平波電容的問題。但如果變壓器設備現場使用環(huán)境溫度偏高時，或未配置無直流電抗器，那么會導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）建議設定定期檢查的時間是每年不少于1次。

4 結束語

本文列舉闡述的交流變頻器故障均是設備實際生產中的常見故障類型，對于新發(fā)故障筆者所在維修技術團隊也能及時抵達，但處理時間偏長，同時要經歷3～4 h，主要是因為分析判定故障原因需要耗用較長時間，后續(xù)重復出現時可能在30 min內即可處理完成。希望通過分析歸納出的變頻器故障處理辦法、維護保養(yǎng)措施等，為后期維修施工效率的提升有所幫助。