變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流變頻電動機的軟起動，變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流、過壓、過載保護等功能。

　　【摘 要】文章簡要介紹了變頻器的構(gòu)成原理及主要功能，并結(jié)合工作經(jīng)驗，針對變頻器運行中發(fā)生直流回路電壓震蕩和直流過電壓故障的原因，提出相應(yīng)的維護與維修方法，以期與同行共同交流、探討。

　　【關(guān)鍵詞】核心論文發(fā)表,變頻器,直流故障,制動

　　在各類工廠中因調(diào)速平滑，范圍大，啟動電流小，保護功能多樣化的多種優(yōu)勢而得到廣范應(yīng)用。但變頻器在使用過程中直流回路故障嚴(yán)重影響著變頻器的穩(wěn)定使用。針對這些問題，首先要對變頻器工作原理及變頻器直流回路故障產(chǎn)生原因等進行分析。

　　1 變頻器的構(gòu)成原理

　　變頻器主要由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。

　　整流器：將交流電變換成直流的電力電子裝置，其輸入電壓為正弦波，輸入電流非正弦，帶有豐富的諧波。

　　中間直流環(huán)節(jié)：中間直流儲能環(huán)節(jié)，在它和電動機之間進行無功功率的交換。

　　逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換成為交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電流近似正弦。

　　控制電路：控制電路由頻率、電壓的運算電路，主電路的電壓、電流檢測電路，電動機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機的保護電路等組成。無速度檢測電路為開環(huán)控制;在控制電路中增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動機的速度進行更精確的閉環(huán)控制。

　　2 變頻器直流回路欠壓或中間電路直流電壓震蕩分析

　　變頻器在正常使用一定時間后出現(xiàn)不能全速運行，速度保持在某一范圍內(nèi)的情況。這種情況主要由設(shè)備本體故障或由變頻器直流回路故障引起，這里主要討論變頻器直流回路故障。

　　變頻器直流回路欠壓或中間電路直流電壓震蕩是造成變頻調(diào)速中無法全速運行的主要原因，可能由于主電源缺相、保險絲熔斷或整流器內(nèi)部故障引起。

　　2.1 外部電源的故障

　　供電電網(wǎng)干擾，檢查主電源是否存在不平衡。可先在標(biāo)量下運行逐步提升頻率，觀察電流波動是否較大。檢查保險絲及其安裝，從進線端子處測量供電電壓。

　　2.2 整流器欠壓或電壓震蕩

　　從現(xiàn)象看是缺相，使得最大帶載能力降低了。但是整流器的各類板件損壞都會引起重載下的直流回路電壓震蕩問題。一般有以下幾種情況：

　　(1)整流橋的某晶閘管損壞而無法觸發(fā)，可以通過萬用表測量通斷直接判斷。

　　(2) AINP板故障無法對晶閘管進行正常觸發(fā)。如從表面無法直接判斷AINP板的損壞，最簡便的方法是使用替換法進行判斷。

　　(3)AINP板與整流橋之間的連接錯誤(UVW三相相序是靠連接線來判斷電源相序的，而晶閘管的觸發(fā)是按正常的相序。在連接錯誤的情況下，為了保持與錯誤的電源相序一致，所以某一相的晶閘管始終沒有觸發(fā)開，沒有工作。整流橋的三相沒有同時參與工作，在輕負載的情況下，不會有問題，但在重負載的情況下，不能從電網(wǎng)得到足夠的能量。直流震蕩也會過大，所以變頻器報此故障)，可以通過直觀的電纜聯(lián)接檢查進行判斷。

　　(4)直流電容器容量的減少或損壞，可以通過電容表測量直接判斷。

　　(5)錯誤的直流電壓檢測值，可以通過萬用表測量實際直流電壓值直接判斷。

　　(6)電流互感器損壞或接線錯誤，可以通過相應(yīng)測量進行判斷。

　　3 變頻器直流回路過電壓分析

　　生產(chǎn)過程中因生產(chǎn)需要將設(shè)備負荷大幅度的調(diào)整，在調(diào)整過程中容易產(chǎn)生變頻器速度調(diào)整過快出現(xiàn)變頻器報直流回路過電壓跳停。而導(dǎo)至這種情況的主要原因是電機回饋能量使變頻器直流回路過電壓。

　　在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，在頻率減小的瞬間，電機的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機械慣性的原因，電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，電機從電動狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài);與此同時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩變成了制動轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)速迅速下降，電機處于再生制動狀態(tài)。電機再生的電能反饋到直流電路。由于直流電路的電能無法通過整流橋回饋到電網(wǎng)，僅靠變頻器本身的電容吸收，雖然其他部分能消耗電能，但電容仍有短時間的電荷堆積，形成“泵升電壓”，使變頻器直流回路電壓升高。

　　變頻器出現(xiàn)直流過電壓可以通過增加減速時間或減小減速幅度來減緩直流電壓升高，并通過變頻器自身的能量消耗來解決直流過電壓的情況。但是在實際生產(chǎn)中，這樣的方法并不能滿足生產(chǎn)的需要。

　　在變頻器減速時間非常短，而且是負載慣性比較大的場合，變頻器的制動模塊就能起到一個很好的效果。當(dāng)變頻器停機時，電機拖動的負載由于慣性原因，不能及時停止。此時，電機將變成發(fā)電機，其產(chǎn)生的能量，將施加到變頻器的逆變模塊上，將對變頻器的模塊造成損傷或者是損毀。變頻器的制動模塊，就是用來消耗電機此時產(chǎn)生的能量，來達到保護變頻器的逆變模塊的目的。過高的直流電壓將使各部分器件受到損害。因此，對于負載處于發(fā)電制動狀態(tài)中必須采取必需的措施處理這部分再生能量。處理再生能量的主要方法有：能耗制動和回饋制動。

　　3.1 能耗制動

　　能耗制動采用的方法是在變頻器直流側(cè)加放電電阻單元組件，將再生電能消耗在功率電阻上來實現(xiàn)制動。這是一種處理再生能量的最直接的辦法，它是將再生能量通過專門的能耗制動電路消耗在電阻上，轉(zhuǎn)化為熱能，因此又被稱為“電阻制動”。

　　能耗制動的不足，是在制動過程中，隨著電動機轉(zhuǎn)速的下降，拖動系統(tǒng)動能也在減少，于是電動機的再生能力和制動轉(zhuǎn)矩也在減少，所以在慣性較大的拖動系統(tǒng)中，常會出現(xiàn)在低速時停不住，而產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象，從而影響停車時間的延長或停位的準(zhǔn)確性;而且電機發(fā)出的電會白白的浪費，同時能耗電阻會經(jīng)常損壞;僅適用一般負載的停車，但有較大能量損耗，停位不準(zhǔn)確。然而電路簡單，價格較低。

　　3.2 回饋制動

　　回饋制動采用的是有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實現(xiàn)制動。

　　要實現(xiàn)回饋制動，就必須要將回饋電能進行同頻同相控制、回饋電流控制等條件，才能將回饋電能安全送達電網(wǎng)上。

　　在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機機械慣性的原因，產(chǎn)生電動機反電動勢高于變頻器直流端電壓的情況，這時電動機就變成發(fā)電機，非但不消耗電網(wǎng)電能，反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網(wǎng)送電，這樣既有良好的制動效果，又將動能轉(zhuǎn)變化為電能，向電網(wǎng)送電而達到回收能量的效果。 但是回饋制動只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下(電網(wǎng)電壓波動不大于 10%)，才可以采用這種方式。因為在發(fā)電制動運行時，電網(wǎng)電壓故障時間大于2ms，則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。在回饋時，對電網(wǎng)有諧波污染;控制復(fù)雜，成本較高。電動機直接接到電網(wǎng)時，電機發(fā)出的電向電網(wǎng)回饋，但是這樣對電網(wǎng)有較大的影響，如果電機由變頻器拖動時，由于變頻器有中間儲能環(huán)節(jié)，其儲能是有限的，故電機發(fā)電狀態(tài)時對變頻器有較大的威脅。

　　4 小結(jié)

　　變頻器中間直流環(huán)節(jié)的穩(wěn)定可以減少變頻器的故障率，讓變頻器維持一個穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在工廠自動化程度日益提高的情況下，變頻器穩(wěn)定可靠的運行是保證生產(chǎn)安全、連續(xù)、穩(wěn)定以及設(shè)備運行安全、降本增效的要求。也是進一步提高能效管理的需要。

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