变频器故障排除.doc

变频器故障排除2.1 短路保护 若变频器运行当中出现短路保护，停机后显示“0”，说明是变频器内部或外部出现了短路因素。这有以下几方面的原因: (1) 负载出现短路 这种情况下如果把负载甩开，即将变频器与负载断开，空开变频器，变频器应工作正常。这时我们用兆欧表(或称摇表)测量一下电机绝缘，电机绕组将对地短路，或电机线及接线端子板绝缘变差，此时应检查电机及附属设施。 (2) 变频器内部问题 如果上述检测后负载无问题，变频器空开仍出现短路保护，这是变频器内部出现问题，应予以排除。在逆变桥的模块当中，若IGBT的某一个结击穿，都会形成短路保护，严重的可使桥臂击穿，甚至于送不上电，前面的断路器将跳闸。这种情况一般只允许再送一次电，以免故障扩大，造成更大的损失，应联系厂家进行维修。 (3) 变频器内部干扰或检测电路有问题 有些机子内部干扰也易造成此类问题，此时变频器并无太大的问题，只是不间断的、无规律的出现短路保护，即所谓的误保护，这就是干扰造成的。 变频器的短路保护一般是从主回路的正负母线上分流取样，用电流传感器经主控板的检测传至主控芯片进行保护的，因此这些环节上任何一处出现问题，都可能造成故障停机。 对于干扰问题，现低压大功率的及中高压变频器都加了光电隔离，但也有出现干扰的，主要是电流传感器的控制线走线不合理，可将该线单独走线，远离电源线、强电压、大电流线及其他电磁辐射较强的线，或采用屏蔽线，以增强抗干扰能力，避免出现误保护。 对于检测电路出现的问题，一般是电流传感器、取样电阻或检测的门电路问题。电流传感器应用示波器检测。若波形不好或出现杂乱波形甚至于无波形，即说明电流传感器有问题，可更换一只新的。对取样电阻问题，有的机子使用时间长了，其阻值会变大，甚至于断路，用万用表可检测出来，应予以更换成原来的阻值的或少小一些的电阻。 对于检测的门电路，应检查在静态时的工作点，若状态不对应更换之。 (4) 参数设置问题对于提升机类或其他(如拉丝机、潜油电泵等)重负荷负载，需要设置低频补偿。若低频补偿设置不合理，也容易出现短路保护。一般以低频下能启动负载为宜，且越小越好，若太高了，不但会引起短路保护，还会使启动后整个运行过程电流过大，引起相关的故障，如IGBT栅极烧断，变频器温升高等。因此应逐渐加补偿，使负荷刚能正常启动为最佳。如图3所示，V1为启动电压，V0为额定输出电压。 (5) 在多单元并联的变频器中，若某一单元出现问题。势必使其他单元承担的电流大，造成单元间的电流不平衡，而出现过流或短路保护。因此对于多单元并联的变频器，应首先测其均流情况，发现异常应查找原因，排除故障。各单元的均流系数应不大于5%。 2.2 过流保护 变频器出现过流保护，代码显示“1”，一般是由于负载过大引起，即负载电流超过额定电流的1.5倍即故障停机而保护。这一般对变频器危害不大，但长期的过负荷容易引起变频器内部温升高，元器件老化或其他相应的故障。这种保护也有因变频器内部故障引起的，若负载正常，变频器仍出现过流保护，一般是检测电路所引起，类似于短路故障的排除，如电流传感器、取样电阻或检测电路等。该处传感器波形如图4所示，其包络类似于正弦波，若波形不对或无波形，即为传感器损坏，应更换之。 过流保护用的检测电路是模拟运放电路。在静态下，测A点的工作电压应为2.4V，若电压不对即为该电路有问题，应查找原因予以排除。R4为取样电阻，若有问题也应更换之。过流保护的另一个原因就是缺相。当变频器输入缺相时，势必引起母线电压降低，负载电流加大，引起保护。而当变频器输出端缺相时，势必使电机的另外两相电流加大而引起过流保护。所以对输入及输出都应进行检查，排除故障。 2.3 过、欠压保护 变频器出现过、欠压保护，大多是由于电网的波动引起的，在变频器的供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，引起电网瞬间的大范围波动即会引起变频器过、欠压保护，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网波动过后即可正常运行。这种情况的改善只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。 当电网工作正常时，即在允许波动范围(380V20%)内时，若变频器仍出现这种保护，这就是变频器内部的检测电路出现故障了。 当W1调节不当时，即会使过、欠压保护范围变窄，出现误保护。此时可适当调节电位器，一般在网电380V时，使变频器面板显示值(运行中按住“”键与实际值相符即可。当检测回路损坏时，如图中的整流桥、滤波电容或R1、W1及R2中任一器件出现问题，也会使该电路工作不正常而失控。如有的机子R1损坏造成开路，使该电路P点得不到电压，芯片即认为该处检测不对而出现欠压保护。P点的工作点范围为1.2.V，即对应其电压波动范围。 对于提升机变频器，因回馈电网污染，增加了隔离电路，有时调节不当也会出现误保护，此时应根据电网的波动仔细调节。因提升机负载在运行中电网是波动的，在提升重物时，电压下降(有的可降20V)，在下放时回馈电网电压升高，可根据这种变化进行调节，一般是增大W3，减小W2，直至在稳态下适合为止。 2.4 温升过高保护 变频器的温升过高保护(面板显示“5”)，一般是由于变频器工作环境温度太高引起的，此时应改善工作环境，增大周围的空气流动，使其在规定的温度范围内工作。 再一个原因就是变频器本身散热风道通风不畅造成的，有的工作环境恶劣，灰尘、粉尘太多，造成散热风道堵塞而使风机抽不进冷风，因此用户应对变频器内部经常进行清理(一般每周一次)。也有的因风机质量差运转过程中损坏，此时应更换风机。 还有一种情况就是在大功率的变频器(尤其是多单元或中高压变频器)中，因温度传感器走线太长，靠近主电路或电磁感应较强的地方，造成干扰，此时应采取抗干扰措施。如采用继电器隔离，或加滤波电容等。2.5 电磁干扰太强 这种情况变频器停机后不显示故障代码，只有小数点亮。这是一种比较难处理的故障。包括停机后显示错误，如乱显示，或运行中突然死机，频率显示正常而无输出，都是因变频器内外电磁干扰太强造成的。 这种故障的排除除了外界因素，将变频器远离强辐射的干扰源外，主要是应增强其自身的抗干扰能力。特别对于主控板，除了采取必要的屏蔽措施外，采取对外界隔离的方式尤为重要。首先应尽量使主控板与外界的接口采用隔离措施。我们在高中压及低压大功率变频器及提升机变频器中采用了光纤传输隔离，在外界取样电路(包括短路保护、过流保护、温升保护及过、欠压保护)中采用了光电隔离，在提升机与外界接口电路中采用了PLC隔离，这些措施都有效避免了外界的电磁干扰，在实践应用中都得到了较好的效果。再一点就是对变频器的控制电路(主控板、分信号板及显示板)中应用的数字电路，如74HC14、74HC00、74HC373及芯片89C51、87C196等，应特别强调每个集成块都应加退耦电容。每个集成块的电源脚对控制地都应加10F/50V的电解电容并接103(0.01F)的瓷片电容，以减小电源走线的干扰。对于芯片，电源与控制地之间应加电解电容10F /50V并接105(1F)的独石电容，效果会更好些。笔者曾对一些干扰严重的机型进行过以上处理，效果较好。对这类故障应逐渐积累经验，不断寻求解决途径。有些机子使用时间太久，线路板上的滤波电容容量不够造成滤波效果差，造成变频器死机或失控，这种情况不太好处理，可更换一块新线路板，一般可解决问题。3 变频器的其他故障除以上有变频器故障代码显示的故障外，变频器还有一些非显示的故障，现分析如下，供大家参考。 3.1 主回路跳闸 这种故障表现为变频器运行过程中有大的响声(俗称“放炮”)，或开机时送不上电，变频器控制用的断路器或空气开关跳闸。这种情况一般是由于主电路(包括整流模块、电解电容或逆变桥)直接击穿短路所致，在击穿的瞬间强烈的大电流造成模块炸裂而产生巨大响声。关于模块的损坏原因，是多方面的，不好一概而论。现仅就笔者所遇到的几类情况加以列举。 (1) 整流模块的损坏大多是由于电网的污染造成的。因变频器控制电路中使用可控整流器(如可控硅电焊机、机车充电瓶等都是可控整流器)，使电网的波形不再是规则的正弦波，使整流模块受电网的污染而损坏，这需要增强变频器输入端的电源吸收能力。在变频器内部一般也设计了该电路。但随着电网污染程度的加深，该电路也应不断改进，以增强吸收电网尖峰电压的能力。 (2) 电解电容及IGBT的损坏主要是由于不均压造成的，这包括动态均压及静态均压。在使用日久的变频器中，由于某些电容的容量减少而导致整个电容组的不均压，分担电压高的电容肯定要炸裂。IGBT的损坏主要是由于母线尖蜂电压过高而缓冲电路吸收不力造成的。在IGBT导通与关断过程中，存在着极高的电流变化率，即di/dt，而加在IGBT上的电压即为: U=Ldi/dt 其中L即为母线电感，当母线设计不合理，造成母线电感过高时，即会使模块承担的电压过高而击穿，击穿的瞬间大电流造成模块炸裂，所以减小母线电感是作好变频器的关键。我们改进电路采用的宽铜排结构效果较好。国外采用的多层母线结构值得借鉴。 (3) 参数设置不合理。尤其在大惯量负载下，如离心风机、离心搅拌机等，因变频器频率下降时间过短，造成停机过程电机发电而使母线电压升高，超过模块所能承受的界限而炸裂。这种情况应尽量使下降时间放长，一般不低于300s，或在主电路中增加泄放回路，采用耗能电阻来释放掉该能量。 R即为耗能电阻。在母线电压过高时，使A管导通，使母线电压下降，正常后关断。使母线电压趋于稳定，保证主器件的安全。 (4) 当然模块炸裂的原因还有很多。如主控芯片出现紊乱，信号干扰造成上下桥臂直通等都容易造成模块炸裂，吸收电路不好也是其直接原因，应分别情况区别对待，以期把变频器作的更好。 3.2 延时电阻烧坏 这主要是由于延时控制电路出问题造成的。 (1) 在变频器延时电路中，大多是用的晶闸管(可控硅)电路，当其不导通或性能不良时，就可造成延时电阻烧坏。这主要是开机瞬间造成的。 (2) 在变频器运行过程当中，当控制电路出现问题，有的是由于主电路模块击穿，造成控制电路电压下降，使延时可控硅控制电路工作异常，可控硅截止使延时电阻烧坏。也有的是控制变压器供电回路出现问题，使主控板失去电压瞬间造成晶闸管工作异常而使延时电阻烧坏。 3.3 只有频率而无输出 这种故障一般是IGBT的驱动电路受开关电源控制的电路中，当开关电源或其驱动的功率激励电路出现故障时，即会出现这种问题。在风光变频器中，开关电源一般是选3035V, 15V或12V，功率激励的输出为一方波，其幅度为35V，频率在7kHz左右。检测这几个电压值，用示波器测量功率激励的输出即可加以判别，如图12所示。但更换这部分器件后，应加以调整，使驱动板上的电压符合规定值(+15V、-10V)为宜。 3.4 送电后面板无显示 这主要是提升机类变频器常出现的故障，因此类变频器主控板用的电源为开关电源，当其损坏时即会使主控板不正常而无显示。这种电源大多是其内部的熔断器损坏造成的。因在送电的瞬间开关电源受冲击较大，造成保险丝瞬间熔断，可更换一个合适的熔断器即可解决问题。有的是其内的压敏电阻损坏，可更换一支新的开关电源。 3.5 频率不上升 即开机后变频器只在“2.00”Hz上运行而不上升，这主要是由于外控电压不正常所致。变频器的外控电压是通过主控板的16脚端子引入的，若外控电压不正常，或16脚的内部运放出了问题，即会引起该故障，这时请检查调节频率用的电位W2(3.9K)，测量一下16脚有无05V的电压，进而检测运放电路C点工作是否正常。若16脚电压正常，而C点无输出，一般是运放的工作电压不正常所致，应检查其供电电压是否正常或运放是否损坏等。4 结束语 变频器所出现的故障很多，正像维修其他电器一样，有很多是意想不到的问题，需要我们认真分析，弄清工作原理，逐步的把其电路学深学透，才能把握其本质，快速而准确的处理问题，从而更快、更好的服务于用户。 本文只是在作者维修经验的基础上，对变频器的一些常见故障进行了分析探讨，在工作中还需要不断的分析、总结，积累一些常见的维修技巧，为用户排忧解难。也使我们的产品在应用过程中不断改进、升华，使其做的更好，更全面、更完善地服务于广大的用户，尽量少出问题、不出问题，出了问题能及时解决，这正是我们的期望所在。变频器的控制电路及几种常见故障分析 1 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，及其常见故障越来越显示出其重要性。2 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回路，称为控制电路，如图1所示。控制电路由以下电路组成：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。 在图 1点划线内，无速度检测电路为开环控制。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控制更精确的闭环控制。 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 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，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 4)I/0输入输出电路 为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入 (比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。 5)速度检测电路 以装在异步电动轴机上的速度检测器 (TG、PLG等)的信号为速度信号，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 瞬时过电流保护由于逆变电流负载侧短路等，流过逆变器器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，也同样停止逆变器运转。 此主题相关图片如下： 图 1 过载保护 逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、电线等损坏要停止运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或者电子热保护 (使用电子电路)。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 采用逆变器是电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过容许值。可以采取停止逆变器运转或停止快速减速的方法，防止过电压。 瞬时停电保护 对于数毫秒以内的瞬时停电，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，主电路也不能供电，所以检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，为了保护逆变器有时要有接地过电流保护功能。但为了确保人身安全，需要装设漏电断路器。 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，检出异常后停止逆变器。在温度上升很小对运转无妨碍的场合，可以省略。 提高变频器使用寿命随着通用变频器市场的日益繁荣，其年用量愈日剧增，但是，变频器在不同的运行条件下还存在一些不尽人意的地方，导致其使用寿命缩短及其附属设备的安装、调试、日常维护及维修工作量也相应增加，从而给用户造成了重大的直接和间接经济损失。现从变频器的应用环境、电磁干扰与抗干扰、电网质量等方面进行了分析，提出了使用变频器时应注意的问题及相应的改进建议，相信这对提高变频器使用寿命会有显著的效果。 1 电磁干扰对变频器的影响 在现代工业控制系统中，多采用微机或者PLC 控制技术，在系统设计或者改造过程中，一定要注意变频器对微机控制板的干扰问题。变频器受外界干扰来源如图1 所示，由于用户自己设计的微机控制板一般工艺水平差，不符合EMC国际标准，在采用变频器后，产生的传导和辐射干扰，往往导致控制系统工作异常，因此需要采取下述必要措施。 1)良好的接地。电机等强电控制系统的接地线必须通过接地汇流排可靠接地，微机控制板的屏蔽地，应单独接地。对于某些干扰严重的场合，建议将传感器、I/0接口屏蔽层与控制板的控制地相连。 2)给微机控制板输入电源加装EMI滤波器、共模电感、高频磁环等，可以有效抑制传导干扰。另外，在辐射干扰严重的场合，如周围存在GSM、或者小灵通基站时，可以对微机控制板添加金属网状屏蔽罩进行屏蔽处理。/ F) 3)给变频器输入端加装EMI 滤波器，可以有效抑制变频器对电网的传导干扰，加装输入交流和直流电抗器，可以提高功率因数，减小谐波污染，综合效果好。在某些电机与变频器之间距离超过100 m 的场合，需要在变频器侧添加交流输出电抗器，解决因为输出导线对地分布参数造成的漏电流保护和减少对外部的辐射干扰。一个行之有效的方法就是采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，并将钢管外壳或者电缆屏蔽层与大地可靠连接。值得注意的是在不添加交流输出电抗器时，如果采用钢管穿线或者屏蔽电缆的方法，增大了输出对地的分布电容，容易出现过流。当然在实际应用中一般采取其中的一种或者几种方法。4)对模拟传感器检测输入和模拟控制信号进行电气屏蔽和隔离。在变频器组成的控制系统设计过程中，建议尽量不要采用模拟控制，特别是控制距离大于1m，跨控制柜安装的情况下。因为变频器一般都有多段速设定、开关频率量输入输出，可以满足要求。如果非要用模拟量控制时，建议一定采用屏蔽电缆，并在传感器侧或者变频器侧实现远端一点接地。如果干扰仍旧严重，需要实现DC/DC隔离措施。可以采用标准的DC/DC模块，或者采用对v/f转换光隔离,再采用频率设定输入的方法。 工作环境的影响 在变频器实际应用中，由于国内客户除少数有专用机房外，大多为了降低成本，将变频器直接安装于工业现场。工作现场一般有灰尘大、温度高、湿度大的问题，还有如铝行业中有金属粉尘、腐蚀性气体等等。因此必须根据现场情况做出相应的对策，如图2 所示。 1)变频器应该安装在控制柜内部。 2)变频器最好安装在控制柜内的中部；变频器要垂直安装，正上方和正下方要避免安装可能阻挡排风、进风的大元件。 3)变频器上、下部边缘距离控制柜顶部、底部、或者隔板、或者必须安装的大元件等的最小间距，应该大于300 mm。 4)如果特殊用户在使用中需要取掉键盘，则变频器面板的键盘孔，一定要用胶带严格密封或者采用假面板替换，防止粉尘大量进入变频器内部。5)在多粉尘场所，特别是多金属粉尘、絮状物的场所使用变频器时，总体要求控制柜整体密封，专门设计进风口、出风口进行通风；控制柜顶部应该有防护网和防护顶盖出风口；控制柜底部应该有底板和进风口、进线孔，并且安装防尘网。 6)多数变频器厂家内部的印制板、金属结构件均未进行防潮湿霉变的特殊处理，如果变频器长期处于恶劣工作环境下，金属结构件容易产生锈蚀。导电铜排在高温运行情况下，会更加剧锈蚀的过程,对于微机控制板和驱动电源板上的细小铜质导线，锈蚀将造成损坏。因此，对于应用于潮湿和和含有腐蚀性气体的场合，必须对所使用变频器的内部设计有基本要求，例如印刷电路板必须采用三防漆喷涂处理，对于结构件必须采用镀镍铬等处理工艺。除此之外，还需要采取其它积极、有效、合理的防潮湿、防腐蚀气体的措施。 电网质量对变频器的影响 在冲击负载如电焊机、电弧炉、轧钢机等场合，电压经常出现闪变;在一个车间中，有多台变频器等容性整流负载在工作时，其产生的谐波对于电网质量有很严重的污染，对设备本身也有相当的破坏作用，轻则不能够连续正常运行，重则造成设备输入回路的损坏。可以采取下列的措施。 1)在冲击负载如电焊机、电弧炉、轧钢机等场合建议用户增加无功静补装置，提高电网功率因数和质量。2) 在变频器比较集中的车间，建议采用集中整流，直流共母线供电方式。建议用户采用12脉冲整流模式。优点是谐波小、节能，特别适用于频繁起动、制动，电动机处于既电动运行与发电运行的场合。 3)变频器输入侧加装无源LC滤波器，减小输入谐波，提高功率因数，可靠性高，效果好 变频器输入侧加装有源PFC 装置，效果最好，但成本较高。测量驱动电路输出的六路驱动脉冲的电压幅度都符合要求，如用交流档测量正向激励脉冲电压的幅度约14V左右，负向截止电压的幅度约7.5V左右（不同的机型有所差异），对驱动电路经过以上检查，一般检修人员就认为可以装机了，此中忽略了一个极其重要的检查环节对驱动电路电流（功率）输出能力的检查！很多我们认为已经正常修复的变频器，在运行中还会暴露出更隐蔽的故障现象，并由此导致了一定的返修率。 变频器空载或轻载运行正常，但带上一定负载后，出现电机振动、输出电压偏相、频跳OC故障等。 故障原因：A、驱动电路的供电电源电流（功率）输出能力不足；B、驱动IC或驱动IC后置放大器低效，输出内阻变大，使驱动脉冲的电压幅度或电流幅度不足；C、IGBT低效，导通内阻变大，导通管压降增大。 C原因所导致的故障比例并不高，而且限于维修修部的条件所限，如无法为变频器提供额定负载试机。但A、B原因所带来的隐蔽性故障，我们可以采用为驱动增加负载的方法，使其暴露出来，并进而修复之，从面能使返修率降到最低。 IGBT的正常开通既需要幅值足够的激励电路，如+12V以上，更需要足够的驱动电流，保障其可靠开通，或者说保障其导通在一定的低导通内阻下。上述A、B故障原因的实质，即由于驱动电路的功率输出能力不足，导致了IGBT虽能开通但不能处于良好的低导能内阻的开通状态下，从而表现出输出偏相、电机振动剧烈和频跳OC故障等。 让我们从IGBT的控制特性上来做一下较为深入的分析，找出故障的根源所在。 一、IGBT的控制特性： 通常的观念，认为IGBT器件是电压型控制器件为栅偏压控制，只需提供一定电平幅度的激励电压，而不需吸取激励电流。在小功率电路中，仅由数字门电路，就可以驱动MOS型绝缘栅场效应管。做为IGBT，输入电路恰好具有MOS型绝缘栅场效应管的特性，因而也可视为电压控制器件。这种观念其实有失偏颇。因结构和工艺的原因，IGBT管子的栅-射结间形成了一个名为Cge的结电容，对IGBT管子开通和截止的控制，其实就是Cge进行的充、放电控制。+15V的激励脉冲电压，提供了Cge的一个充电电流通路，IGBT因之而开通；-7。5V的负向脉冲电压，将Cge上的“已充电荷强行拉出来”，起到对充电电荷的快速中和作用，IGBT因之而截止。 假定IGBT管子只对一个工作频率为零的直流电路进行通断控制，对Cge一次性充满电后，几乎不再需要进行充、放电的控制，那么将此电路中的IGBT管子说成是电压控制器件，是成立的。而问题是：变频器输出电路中的IGBT管子工作于数kHz的频率之下，其栅偏压也为数kHz频率的脉冲电压！一方面，对于这种较高频率的信号，Cge的呈现出的容抗是较小的，故形成了较大的充、放电电流。另一方面，要使IGBT可靠和快速的开通（力争使管子有较小的导通内阻），在IGBT的允许工作区内，就要提供尽可能大的驱动电流（充电电流）。对于截止的控制也是一样，须提供一个低内阻（欧姆级）的外部泄放电路，将栅-射结电容上的电荷极快地泄放掉！ 大家都知道电容为储能元件，本身不消耗功率，称为容性负载。但正犹如输、配电线路的道理一样，除了电源必须提供容性元件的无功电流（无功功率）外这使得电源容量变大，无功电流也必然带来了线路电阻上的损耗（线损）！驱动电路的功率损耗主要集中在栅极电阻和末级放大管的导通内阻上。我们常看到尤其是大功率变频器驱动电路的输出级其实是一个功率放大电路，常由中功率甚至大功率对管、几瓦的栅极电阻等元件构成，说明IGBT的驱动电路是消耗一定功率的，是需要输出一定电流的。 而从上述分析可看出：应用在变频器输出电路的IGBT管子，恰恰应该说是电流或说是功率驱动器件，而不纯为电压控制器件。变频器在使用中遇到的问题和故障防范由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。 外部的电磁感应干扰 如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理、更必要 。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC吸收器；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；指定采用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较，应采用合理的中继方式；变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动力接地混用；变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。 安装环境 变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施；潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构；温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。 除上述3点外，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空间加热器等必要措施。 电源异常 电源异常表现为各种形式，但大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混和形式。这些异常现象的主要原因多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。 如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，应和变频器供电系统分离，减小相互影响；对于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适价格的变频器外，还因预先考虑负载电机的降速比例。变频器和外部控制回路采用瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防止在加速中的过电流；对于要求必须量需运行的设备，要对变频器加装自动切换的不停电电源装置。 二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。 雷击、感应雷电 雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路器开闭也能产生较高的冲击电压。变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的电压冲击尖峰。 为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允许的最大电压。当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真空断路器动作前先将变频器断开。 过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。 如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化 。 此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，避免Trip；能够对机械系统的异常转矩进行检测。 变频器对周边设备的影响及故障防范 变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。 电源高次谐波 由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对于有进相电容器的场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重，必须在电容前串接电抗器，以减小谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免形成LC振荡。 电动机温度过高及运行范围 对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。此外，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。 振动、噪声 振动通常是由于电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，特别是当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。噪声通常分为变频装置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施：变频器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转矩成分；调试确认机械共振点，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些共振点排除在运行范围之外；由于变频器噪声主要有冷却风扇机电抗器产生，因选用低噪声器件；在电动机与变频器之间合理设置交流电抗器，减小因PWM调制方式造成的高次谐波。 高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利 在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PWM控制型变频器更为明显，应采取以下措施：尽量缩短变频器到电机的配线距离；采用阻断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理；对PWM型变频器应尽量在电机输入侧加滤波器变频调速节能量的计算方法一、概述:据统计，全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。由于考虑起动、过载、安全系统等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行，采用变频器对交流异步电动机进行调速控制，可使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。生产机械中电动机的负载种类千差万别，为便于分析研究，将负载分为平方转矩恒转矩和恒功率等几类机械特性，本文仅对平方转矩恒转矩负载的节能进行估算。所谓估算，即在变频器投运前，对使用了变频器后的节能效果进行的计算预测。变频器一旦投运后，用电工仪表测量系统的节能量更为准确。现假定，电动机系统在使用变频器调速前后的功率因数基本相同，且变频器的效率为95%。 在设计过程中过多考虑建设前，后长期工艺要求的差异，使裕量过大。如火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的鼓风机,引风机的风量裕度分别为5%和510%，风压裕度为10%和10%15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大风量和风压裕量作为选型的依据，但风机的系列是有限的，往往选不到合适的风机型号就往上靠，大20%30%的比较常见。生产中实际操作时，对于离心风机泵类负载常用阀门、挡板进行节流调节，则增加了管路系统的阻尼，造成电能的浪费；对于恒转矩负载常用电磁调速器液力耦合器进行调节，这两种调速方式效率较低，而且，转速越低，效率也越低。由于电机的电流的大小随负载的轻重而改变,也即电机消耗的功率也是随负载的大小而改变，因此要想精确地计算系统的节能是困难的，在一定程度上影响了变频调速节能的实施。本文介绍用以下的公式来进行节能的估算。二、节能的估算1、风机、泵类平方转矩负载的变频调速节能风机、泵类通用设备的用电占电动机用电的50%左右,那就意味着占全国用电量的30%。采用电动机变频调速来调节流量，比用挡板阀门之类来调节，可节电20%50%，如果平均按30%计算，节省的电量为全国总用电量的9%，这将产生巨大的社会效益和经济效益。生产中，对风机水泵常用阀门、挡板进行节流调节，增加了管路的阻尼，电机仍旧以额定速度运行，这时能量消耗较大。如果用变频器对风机泵类设备进行调速控制，不需要再用阀门、挡板进行节流调节，将阀门、挡板开到最大，管路阻尼最小，能耗也大为减少。节能量可用GB12497三相异步电动机经济运行强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：也应先计算原系统节流调节时消耗的电能，再与系统变频调速后消耗的电能相减，这不正好是（2）式分子的表示式。因此，要准确地计算节能，还需使用（1）式计算系统节流调节时消耗的电能。2、恒转矩类负载的调速节能恒转矩负载变频调速一般都用于满足工艺需要的调速，不用变频调速就得采用其他方式调速，如调压调速电磁调速绕线式电机转子串电阻调速等。由于这些调速是耗能的低效调速方式，使用高效调速方式的变频调速后，可节省因调速消耗的转差功率，节能率也是很可观的。3、电磁调速系统 电磁调速系统由鼠笼异步电机、转差离合器、测速电机和控制装置组成，通过改变转差离合器的激磁电流来实现调速。转差离合器的本身的损耗是由主动部分的风阻?磨擦损耗及从动部分的机械磨擦损所产生的。如果考虑这些损耗与转差离合器的激磁功率相平衡，且忽略不计的话，转差离合器的输入?输出功率可由下式计算： 电磁调速电机为鼠笼式电机，由于输入功率和转矩均保持不变，鼠笼式电机的功率保持不变。损耗以有功的形式表达出来，损耗功率通过转差离合器涡流发热并由电枢上的风叶散发出去。 由损耗功率公式（10）可以清楚看到，电磁调速电机的转速越低，浪费能源越大，然而生产机械的转速通常不在最大转速下运行，变频调速是一种改变旋转磁场同步速度的方法，是不耗能的高效调速方式，因此改用变频调速的方式会有非常好的节能效果，节省的能量直接可用（10）式计算。4、液力偶合器调速系统 液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分，前者用于电气传动的调速，后者用于电机的起动，系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用。由于液力偶合器的结构与电磁转差离合器类似，仿照电磁调速器效率的计算方法，可得：5、绕线式电机串电阻调速系统 绕线式电机最常用改变转