变频器的控制电路及几种常见故障分析

变频器的控制电路及几种常见故障变频器的控制电路及几种常见故障 分析分析 1 引言 引言 随着变频器在工业生产中日益广泛的应用 了解变频器的 结构 主要器件的电气特性和一些常用参数的作用及其常见故 障对于实际工作越来越重要 2 变频器控制电路 变频器控制电路 给异步电动机供电 电压 频率可调 的主电路提供控制 信号的网络 称为控制回路 控制电路由频率 电压的运算电 路 主电路的电压 电流检测电路 电动机的速度检测电路 将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路 以及逆变器和电 动机的保护电路等组成 无速度检测电路为开环控 在控制电 路增加了速度检测电路 即增加速度指令 可以对异步电动机 的速度进行更精确的闭环控制 1 运算电路将外部的速度 转矩等指令同检测电路的电 流 电压信号进行比较运算 决定逆变器的输出电压 频率 2 电压 电流检测电路为与主回路电位隔离检测电压 电流等 3 驱动电路为驱动主电路器件的电路 它与控制电路隔 离 控制主电路器件的导通与关断 4 i o 电路使变频更好地人机交互 其具有多信号 比 如运行多段速度运行等 的输入 还有各种内部参数 比如电 流 频率 保护动作驱动等 的输入 5 速度检测电路将装在异步电动机轴上的速度检测器 tg plg 等 的信号设为速度信号 送入运算回路 根据指 令和运算可使电动机按指令速度运转 6 保护电路检测主电路的电压 电流等 当发生过载或 过电压等异常时 为了防止逆变器和异步电动机损坏 使逆变 器停止工作或抑制电压 电流值 逆变器控制电路中的保护电路 可分为逆变器保护和异步 电动机保护两种 保护功能如下 1 逆变器保护 瞬时过电流保护 用于逆变电流负载侧短路等 流过逆 变电器回件的电流达到异常值 超过容许值 时 瞬时停止逆 变器运转 切断电流 变流器的输出电流达到异常值 也得同 样停止逆变器运转 过载保护 逆变器输出电流超过额定值 且持续流通超 过规定时间 为防止逆变器器件 电线等损坏 要停止运转 恰当的保护需要反时限特性 采用热继电器或电子热保护 过 载是由于负载的 gd2 惯性 过大或因负载过大使电动机堵转 而产生 再生过电压保护 应用逆变器使电动机快速减速时 由 于再生功率使直流电路电压升高 有时超过容许值 可以采取 停止逆变器运转或停止快速的方法 防止过电压 瞬时停电保护 对于毫秒级内的瞬时断电 控制电路工 作正常 但瞬时停电如果达数 10ms 以上时 通常不仅控制电 路误动作 主电路也不供电 所以检测出后使逆变器停止运转 接地过电流保护 逆变器负载接地时 为了保护逆变器 要有接地过电流保护功能 但为了保证人身安全 需要装设漏 电保护断路器 冷却风机异常 有冷却风机的装置 当风机异常时装置 内温度将上升 因此采用风机热继电器或器件散热片温度传感 器 检测出异常后停止逆变电器工作 2 异步电动机的保护 过载保护 过载检测装置与逆变器保护共用 但考虑低 速运转的过热时 在异步电动机内埋入温度检出器 或者利用 装在逆变器内的电子热保护来检出过热 动作过频时 应考虑 减轻电动机负荷 增加电动机及逆变器的容量等 超速保护 逆变器的输出频率或者异步电动机的速度超 过规定值时 停止逆变器运转 3 其他保护 防止失速过电流 加速时 如果异步电动机跟踪迟缓 则过电流保护电路动作 运转就不能继续进行 失速 所以 在负载电流减小之前要进行控制 抑制频率上升或使频率下降 对于恒速运转中的过电流 有时也进行同样的控制 防止失速再生过电压 减速时产生的再生能量使主电路 直流电压上升 为防止再生过电压电路保护动作 在直流电压 下降之前要进行控制 抑制频率下降 防止不能运转 失速 3 变频器控制回路的抗干扰措施 变频器控制回路的抗干扰措施 由于主回路的非线性 进行开关动作 变频器本身就是 谐波干扰源 而其周边控制回路却是小能量 弱信号回路 极 易遭受其他装置产生的干扰 造成变频器自身和周边设备无法 正常工作 因此 变频器在安装使用时 必须对控制回路采取 抗干扰措施 1 变频器的基本控制回路 一般而言 同外部进行信号交流的基本回笼路有模拟与数 字两种 4 20ma 电流信号回路 模拟 1 5v 0 5v 电压信 号回路 模拟 开关信号回路 变频器的开停指令 正反转指令等 数 字 外部控制 指令信号通过上述基本回路导入变频器 同时 干扰源也在其回路上产生干扰电势 以控制电缆为媒介侵入变 频器 2 干扰的基本类型及抗干扰措施 静电耦合干扰 指控制电缆与周围电气回路的静电容耦 合在电缆中产生的电势 当加大与干扰源电缆的距离 达到导 体直径 40 倍以上时 干扰程度就会不太明显 也可在两电缆间 设置屏敝导体 再将屏蔽导体接地 静电感应干扰 指周围电气回路产生的磁通变化在电缆 中感应出的电势 其强度取决于干扰源电缆产生的磁通大小 控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角 度 可将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离铺设 分 离距离通常应在 30cm 以上 最少不低于 10cm 分离困难时 将控制电缆穿过铁管铺设 也可将控制导体绞合 绞合间距越 小 铺设的路线越短 抗干扰效果越好 电波干扰 指控制电缆成为天线 由外来电波在电缆中 产生电势 抗干扰措施同 必要时将变频器放入铁箱内进 行电波屏蔽 屏蔽用的铁箱务必接地 接触不良干扰 指变频器控制电缆的电接点及继电器触 点接触不良 电阻发生变化在电缆中产生的干扰 对此 采用 并联触点或提高电器件等级来解决 对于电缆连接点应定期做 拧紧加固处理 接地干扰 指机体接地或信号接地 对于弱电压 电流 回路 任何不合理的接地均可诱发各种意想不到的干扰 比如 设置两个以上接地点 接地处会产生电位差 产生干扰 可将 速度给定的控制电缆取一点接地 接地线不作为信号的通路使 用 电缆的接地在变频器侧进行 使用专设的接地端子 不与 其他接地端子共用 3 其他注意事项 装有变频器的控制柜 应尽量远离大容量变压器和电动 机 其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备 弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的电器件 控制电缆建议采用 1 25mm2 或 2mm2 屏蔽绞合绝缘电 缆 屏蔽电缆的屏蔽要连接到电缆导体同样长 电缆在端子 箱中连接时 屏蔽端子要互相连接 4 变频器的常见故障分析 变频器的常见故障分析 1 变频器充电起动电路故障 通用变频器一般为用压型 变频器 采用交 直 交工作方式 当变频器刚上电时 由于 直流侧的平波电容容量非常大 充电电流很大 通常采用一个 起动电阻来限制充电电流 常见的两种变频起动电路如图 2 所 示 充电完成后 控制电路通过继电器的触点或昌闸管将电阻 短路 起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏 变频器报警显 示为直流线线电压故障 一般 变频器的设计时 为了减小变 频器的体积而选择较小起动电阻 其值多为 10 50 功率为 10 50w 当变频器的交流输入电源频繁接通 或者旁路触器 的触点接触不良时 都会导致起动电阻烧坏 因此在替换电阻 的同时 必须找出原因 如果故障是由输入侧电源频率开始引 起的 必须消除这种现象才能将变频器投入使用 如果故障只 由旁路触元件引起 则必须更换这些器件 2 变频器无故障显示 却不能高速运行 经检查变频器 参数设置正确 调速输入信号正常 经上电运行测试 变频器 直流母线电压只有 450v 左右 正常应在 580v 600v 再测输 入侧 发现缺了一相 故障原因是输入侧的一个空气开关一相 接触不良造成的 造成变频器输入缺相不报警 仍能在低频段 工作 是因为多数变频器的母线电压下限为 400v 只有当母线 电压降至 400v 以下时 变频器才报告故障 而 当两相输入时 直流母线电压为 380v 1 2 452v 400v 当变频器不运行时 由于平波电容的作用 直流电压也可达到正常值 新型的变频 器都采用 pwm 控制技术 调压调频的工作在逆变桥完成 所 以在低频段输入缺相时仍可以正常工作 但因输入电压 输出 电压低 造成异步电动机转速低频率上不去 3 变频器显示过流 出现这种显示时 首先检查加速时 间参数是否太短 力矩提升参数是否太大 然后检查负载是否 太重 如果没有这些现象 可以断开输出侧的电流互感器和直 流侧的霍尔电流检测点 复位后运行 看是否出现过流现象 如果是 很可能是 ipm 模块出现故障 因为 ipm 模块内含有过 压过流 欠压 过载 过热 缺相 短路等保护功能 而这些 故障信号都是经模块控制引脚的输出 fn 引脚传送到控制器的 微控制器接收到故障信息后 一方面封锁脉冲输出 另一方面 将故障信息显示在面板上 应更换 ipm 模块 4 变频器显示过压故障 变频器出现过压故障 一般是 雷雨天气 由于雷电串入变频器的电源中 使变频器直流侧的 电压检测器动作而跳闸 这种情形 通常只需断开变频器电源 1 分钟左右再上电即可 另一种情况是变频器驱动大惯性负载 而出现过电压现象 这种情况下 一是将减速时间参数加长或 增大制动电阻 制动单元 二是将变频器的停止方式设置为 自由停车方式 5 电机发热 变频器显示过载 对于已经投入运行的变 频器 必须检查负载状况 对于新