變頻器故障原因及預防措施

變頻調速技術是現代電力傳動技術重要發展的方向，隨著電力電子技術的發展方向，隨著電力電子技術的發展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調整平滑，範圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩，而且節能效果明顯。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統，越來越廣泛的應用於冶金、紡織、印染、煙機生產線及樓宇、供水等領域。但是由於受到環境，使用年限以及人為操作等因素，影響變頻器的使用壽命大為降低，同時使用中也出現了各種各樣的故障。

　　變頻器（變頻調速器）是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對於如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。

一、導致變頻器故障的外因及預防措施

　　 變頻器出現故障的原因比較多，概括起來主要分為內因和外因。

　　 1.安裝環境的影響及預防

　　 由於變頻器為電子器件裝置，對環境要求比較嚴格，從產品的說明書中也可以看出環境對變頻器的影響。比如振動會導致電子器件損傷；潮濕環境、腐蝕性氣體及灰塵會造成器件鏽蝕，接觸不良，絕緣性能降低；溫度是影響變頻器性能又一主要「病因」，由於變頻器在運作過程中，自身溫度會不斷升高，若外界溫度同樣高的話，散熱不佳，影響變頻器功能。

　　 預防措施：在安裝變頻器時，要保持器穩定性，對於存在振動衝擊較大的場合，應採取防止措施，如利用橡膠避震；安裝的環境要保持乾燥，防止腐蝕性氣體侵襲變頻器，對於灰塵的危害，要對變頻器做定期清掃，保持其清潔；安裝環境的溫度也要合理控制，有陽光照射的場合要用窗帘遮蓋，若溫度仍比較高，可適當安裝空調。

　　 2.電源異常影響及處理

　　 由於電源線路長期暴露在室外，經常要經受風、雨、雪、霜的侵襲，導致線路老化，在供電時出現缺相、低電壓、停電等現象，變動的電壓波容易對變頻器產生影響，導致非正常運行，影響其性能，久而久之，必定會出現故障。

　　 預防措施：在電源安裝時，盡量將變電器的電源與其他電器分開，避免功率過高時，無法滿足變頻器正常所需電壓。對於要求在停電後仍能運行稍許時間的設備，失壓回復後，可通過測速電機測速來防止在加速中的過電流，最低限度降低對變頻器的損害。而對於要求停電後長時間連續工作的設備，在安裝時應加裝自動切換不停電裝置，如採用二極體輸入變頻器。但在停電運行的情況下，整流器中常會出現過大電流，長期如此運轉，將影響變頻器的壽命和性能，應及早進行檢查。

　　 3.外部電磁感應干擾及處理

　　 如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過輻射或電源線侵入變頻器的內部，引起控制迴路誤動作，造成工作不正常或停機，嚴重時甚至損壞變頻器。提高變頻器自身的抗干擾能力固然重要，但由於受裝置成本限制，在外部採取雜訊抑制措施，消除干擾源顯得更合理，更必要。

　　預防措施：

　　變頻器周圍所有繼電器、接觸器的控制線圈上需加裝防止衝擊電壓的吸收裝置，如RC吸收器。

　　盡量縮短控制迴路的配線距離，並使其與主線路分離。

　　指定採用屏蔽線的迴路，必須按規定進行，若線路較長，應採用合理的中繼方式。

　　變頻器接地端子應按規定進行，不能同電焊，動力接地混用。

　　變頻器輸入端安裝雜訊濾波器，避免由電源進線引入干擾。

二、導致變頻器故障的內因及預防措施

　　變頻器出現故障，不單有外因的影響，內因也是引起故障的重要原因之一。

　　1.變頻器參數設置不合理及對策要使變頻器正常運行，除正常安裝外，參數的設置也至關重要，參數若設置不當，輕則無法滿足運轉需求條件，重則導致起動、制動的失敗，因此在使用時必須正確設置參數。

　　 預防措施：為避免參數設置不合理導致變頻器故障，在設置時要嚴格按照說明書或有關規定進行設置，如在速度控制設置中，要通過靜態或動態識別最後確定；對於啟動方式的設置，出廠說明書一般設置為面板啟動，但在實際中，用戶可根據工作所需的實際情況進行設置等，通過合理設置參數，能夠確保變頻器的正常運行。

　　2.過壓故障及預防措施

　　 變頻器的過壓主要是在直流母線上，在正常情況下，變頻器有一個正常工作電壓範圍，在此範圍內變頻器才能正常運轉，一旦電壓超過此範圍，產生的過電壓故障極有可能導致變頻器損壞，如供電電源過高導致的過電壓故障；直流迴路電壓超過跳閘電壓導致的過電壓故障等，無論是那種原因引起的過電壓故障，均對變頻器會產生不良影響。

　　 預防措施：確保電源電壓在變頻器的正常運轉電壓範圍內，並進行定期檢修，同時檢查變頻器頻器的減速時間是否正確，若發現設置過短，適當延長減速時間，此外，設置斜坡下降時間於負載的慣量相匹配。

　　 3.過載故障機預防

　　出現過載故障時，電機仍能運轉，但其運轉電流已超過了額定值，此故障是一個時間的積累，因此才出現故障初期不易被發現，容易被忽視，而一般在發現期，已是比較嚴重的時期，對變頻器的影響比較大。

　　預防措施：由於過載故障具有時間累積性，因此對其預防是排除故障的主要方法，在日常工作中，可通過延長加速時間、制動時間和檢查電網電壓等方式進行預防。對於已出現過載故障的變頻器，通過檢查輸出三相的平衡性、是否在電機電纜上安裝有浪涌吸收裝置、變頻器輸出端開關是否誤動作、變頻器的加速時間及參數是否設置正確，確定原因後「對症處理」。

　　 減少故障的發生，最有效的方法就是日常的維護，通過維護工作，能夠及時發現問題，並能及時得到解決，有效的控制了故障的進一步嚴重化。通過日常的變頻器的檢查，記錄相關數據，並進行對比分析，出現異常立即給予處理對策；在日常工作中，測量工作溫度和散熱器溫度，以便對溫度進行調控；加強變頻器的日常清灰保養，定期對變頻器進行灰塵的清除，保持清潔，在清掃時注意觀察變頻器內發熱情況，有無異常出現，並將每次的檢查結果記錄備案，以便於下一次的對比。

　　總之，變頻器雖然在工業生產中發揮了非常重要的作用，在倡導「節能」的大背景下，符合了社會發展的要求。但其作用的發揮不僅取決於其自身技術的優越性，更依賴於日常的維護和少故障率，因此加強變頻器日常的維護和故障的防治，是發揮其最大作用的必要和關鍵。　　變頻器調速技術是強弱電混合、機電一體的綜合性技術，既要處理巨大的電能轉換，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術必定分成功率轉換和弱電控制兩大部分。通用變頻器一般都採用交直交的方式，並由以下兩部分組成：

　　主迴路：變頻器主迴路包括整流部分、直流環節、逆變部分、制動或回饋環節等部分。

　　控制迴路：控制迴路包括變頻器的核心軟體演算法電路、檢測感測電路、控制信號的輸入輸出電路和保護電路。

四、變頻器各種故障的分析

　　變頻器故障可以分為變頻器本機故障、變頻器介面故障和電機故障三種，也可以分為有顯示故障代碼和沒顯示故障代碼兩種。

　　1.變頻器過電壓故障

　　變頻器正常工作時，直流部電壓為全波整流後的平均值，如果線電壓為380V，平均直流電壓為Ud=1.35U線=513V。當發生過電壓時，直流母線上儲能電容被沖電，在母線電壓過高時，為了保護變頻器，變頻器會報過壓故障，並封鎖逆變器的脈衝輸出。

　　（1）來自電源輸入側的過壓。一般電源電壓不會使變頻器因過壓而跳閘，但雷電引、補償電容在合閘式斷開時，有可能形成過壓故障。也就是說電源輸入側的過壓主要是指電源側衝擊過壓，這種衝擊過壓主要特點是電壓變化率和幅值都很大。（2）來自負載側的過壓。在電機減速時，電機和負載的動能轉化為電能，處於發電狀態，發出來的電在直流母線上累積，造成母線電壓越來越高。如果電機的機械系統慣性大，而制動時間短，那麼制動功率很大。產生的電能在變頻器內不斷累積，來不及釋放，很容易造成直流母線過電壓。多個電機拖動同一個負載時，也可能出現過壓故障。（3）硬體問題引起的過壓。一是變頻器內部硬體工作出問題，如電壓檢測、CPU處理出了問題。二是機械部分問題，如果安裝偏心就可能造成過壓故障。三是變頻器在長時間運行後，中間直流迴路電容對直流電壓的調節程度減弱，變頻器出現過壓跳閘的概率也會增大。

　　2.變頻器過流故障

　　（1）生產機械在運行過程中負荷突然加重，甚至「卡住」，電動機的轉速因帶不動而大幅下降，一是電流急劇增加，過載保護來不及動作，導致過電流跳閘；二是變頻器輸出側發生短路；三是變頻器自身工作不正常。（2）變頻器對於升、降速過程中的過電流，設置了防失速功能。當升或降電流超過預置的上限電流Iset時，將暫停升或降速，待電流降至設定值Iset以下時，再繼續升或降速。但變頻器的降速防失速功能只考慮直流電壓，而無降速電流過大的自處理功能。（3）變頻器上電或一運行就過流。這種保護一般是因變頻器硬體故障引起的，若負載正常，變頻器仍出現過流保護，一般是檢測電路所引起的。

　　3.變頻器過載故障

　　過載有一個時間的積累，當積累值達到時才報過載故障。主要原因有：（1）機械負荷過重，其主要特徵是電動機發熱。（2）三相電壓不平衡，致使其中一相的運行電流過大，造成過載跳閘，主要現象是電動機發熱不均。（3）變頻器內部的電流檢測部分出現誤動，檢測出的電流信號偏大，導致過載跳閘。

　　4.變頻器過熱故障

　　變頻器內部是由無數個電子元器件構成的，其通電運行有大量的熱量產生，特別是IGBT在高頻狀態下工作，容易發熱。還有，如果環境溫度過高，散熱過慢，同樣導致變頻器內部元器件溫度過高，為保護變頻器內部電路，變頻器會發熱報故障報警並停機。變頻器長時間運行，導致灰塵聚集，堵塞風道時，影響變頻器內部的散熱，導致變頻器過熱報警。變頻器風扇壞時，大量的熱量積聚在變頻器內部散不出去。當變頻器所帶負載過重時，電流大幅上升，產生大量的熱量，變頻器也會過熱報警。

　　5.變頻器缺相故障

　　輸入缺相檢測只存在三相產品中。如果進線電源缺相，變頻器會報缺相故障，不能啟動，如果是運行中出現電源缺相，變頻器也會報故障停機，所以如果出現電源缺相，而且變頻器壞了，先是變頻器故障而後引起燒電源從而出現缺相。 當變頻器輸入缺相後仍在運行時，電容被反覆大範圍充電，電容將會損壞，從而造成整台變頻器的損壞。

　　6.變頻器通訊故障

　　變頻器提供RS232、RS485串列通訊或匯流排通訊，組成單主單從或單主多從的通訊控制系統，變頻器的通訊故障主要集中在硬體接線錯誤、通訊卡失常、EMC干擾、通訊協議出錯、匯流排軟體配置出錯等。

　　7.變頻器其他故障

　　（1）變頻器運行中「出力不足」。由變頻器的U/f控制方式可以知道，變頻器控制電機氣隙磁通的基本方法即控制輸出最高電壓和基本運行頻率的比值，當基本運行頻率設置過高時，則電機的磁通量太小，沒有充分發揮電機的能力，鐵心利用不充分，導致變頻器出力不足。（2）變頻器定子檢測故障。變頻器輸入濾波器採用的是LC結構電路，而變頻器輸出電壓為高頻脈衝方波，對電容來說相當於短路狀態。（3）三線控制方式故障。變頻器可以啟動，無法停止。如果不注意三線控制方式與二線制近制方式的區別，就會造成變頻器故障。（4）變頻器換速時經常無法平層。多段速取指令不對引起電梯變頻器平層誤差大。（5）變頻器PG介面問題。PG介面問題引起速度不匹配。（6）變頻器轉速跟蹤模擬輸入量。給定通道輸入與設定頻率的脈衝時間常數不匹配。（7）變頻器上電報E018故障。由於接觸器吸合良好信號在由驅動板傳輸到控制板的過程中，因變頻電纜接觸不良，導致反檢信號無法到達控制板，使變頻器無法正常工作。（8）上電顯示POFF。制動單元損壞。（9）變頻器的AOP面板僅能存儲一組參數。設計時AOP面板中的內存不夠。（10）變頻器不能修改參數。在調試過程中修改了參數P927。（11）無法使用編碼器作為速度給定。未作參數修改，故不法實現。（12）選擇固定頻率+

　　ON方式變頻器不能運行。參數設定好後隨意更改相應端子的定義會使變頻器無法啟動。

五、變頻器實用維修方法

　　1.逐步縮小法

　　所謂逐步縮小法，就是通過對故障現象進行分析、對測量參數做出判斷，把故障產生的範圍一步一步地縮小，最後落實到故障產生的具體電路或元器件上。它實質上是一個肯定、否定、再肯定、再否定，最後做到肯定（判定）的判斷過程。例如一台變頻器通電後，發現操作盤上無顯示。首先判斷肯定是無直流供電（可用萬用表測量其直流電源電壓），進一步檢查，發現高壓指示燈是亮的（測量PN電壓進一步證實），否定主迴路高壓電路的故障，肯定了開關電源中給操作盤供電的一路電源有問題。測該路電源的交流電壓正常，無直流輸出，又無短路現象，就可以斷定是該電源電路的整流管損壞。這個例子採用的是典型的逐步縮小法。它的整個過程就是通過分析和參數測量，判斷、肯定、否定幾個回合，最後確定是整流管損壞。

　　2.順藤摸瓜法

　　所謂順藤摸瓜法就是根據變頻器工作原理，順著故障現場，沿著信號通路，逐步深入，直達故障發生點，最終尋找到故障產生部位的一種方法。例如一台變頻器輸出電壓三相不平衡。這種故障顯然是由2種可能性造成的。一種可能是逆變橋內6個單元中至少有1個單元損壞（開路），另一種可能是6組驅動信號中至少有1組損壞。假設已確定有1個逆變單元無驅動信號，進一步確定驅動電路中故障的產生部位，可採用順藤摸瓜法來尋找。具體到這個例子，可從上而下地查，即從驅動信號的源頭，也就是CPU的輸出端起往下查。

　　CPU輸出有信號時檢查光耦輸入端有無信號，若無信號，則CPU到光耦輸入端有斷線現象。若有信號，則要檢查光耦輸出端，查看光耦輸出端有無信號。若無信號，則表明光耦損壞。若有信號，則再檢查放大電路的輸入端和輸出端，若輸入端有信號而輸出端無信號，則表明故障產生在放大電路，或放大管或相關元器件損壞。然後進一步落實就很容易了。

　　當然也可以從下向上來查，即從驅動信號輸出端開始，也就是逆變器件的控制端往上查。逆變器件控制端無驅動信號，檢查放大電路的輸出端，有信號則表明放大電路與逆變器件控制端有斷電現象。http://diangon.com若無信號則再檢查放大電路的輸入端，輸入端有信號則表明放大管或相關元器件損壞，若仍無信號此時檢查光耦輸出端看看有無信號。若有信號，則放大電路輸入端與光耦輸出端有斷線現象。若無信號則繼續向上檢查光耦輸入端看看有無信號。若此時有信號，則表明可能是光耦損害或輸出端電源不正常。若光耦輸入端無信號而CPU輸出端有信號，則CPU與光耦輸入端之間有斷線現象，或光耦輸入端直流電源不正常。

　　3.直接切入法

　　所謂直接切入法，就是根據故障現象直接判斷故障位置，更換故障元器件，快速排出故障。對於基本原理、各電路工作原理和作用、各元器件的作用等理論方面掌握的比較紮實又有豐富的修理經驗、修理水平較高的人員，通常採用直接切入法。另外，對於一些比較典型的故障也可以採用直接切入法來處理。例如一台安川616PC5型變頻器接通電源後，操作盤上無任何顯示，但高壓指示燈亮，且其它低壓直流供電正常。根據工作原理我們判斷，這種現象說明開關電源電路工作正常，只是提供給操作盤電源這一路。根據開關電源部分電路圖，我們確定為電源側有短路現象，懷疑可能是濾波電容器老化損壞導致電源側短路，直接更換新電容，短路現象消除。接通變頻器電源，發現這一路仍無直流電壓，結合原理分析，疑為整流二極體損壞開路，更換整流二極體後，這一路直流電壓正常，變頻器恢復正常。

　　如果維修人員對變頻器各部分的原理很熟悉，根據此台變頻器無顯示故障，直接就可以判斷出來這是由於提供給操作盤的低壓直流供電這路電源出了問題。然後再確定是由於濾波電容老化損壞短路，引起過電流，引起過電流，又將整流二極體損壞斷路，導致操作盤無直流供電，出現無任何顯示故障。

　　4.電位、電壓分析法

　　在不同的狀態下，變頻器各部分電路中各點都具有不同的電位分布，因此，可以通過測量和分析電路中某些點的電位及其分布，確定電路故障的類型和部位。實際上當電路中存在故障時，電路中各點的電位必將發生變化，據此，可以判斷出電路的故障點。另外阻抗的變化造成了電流的變化，電位的變化也造成了電壓的變化，因此，也可採用電流分析法和電壓分析法確定電路故障。

　　5.菜單法

　　即根據故障現象和特徵，將可能引起這種故障的各種原因順序羅列出來，然後一個個地查找和驗證，直到確診出真正的故障原因和故障部位。此法比較適合初學者使用，此處不再詳加贅述。

推薦閱讀：