功夫在詩外！“修理高手”也“繳械投降”的變頻器維修知識！

功夫在詩外：故障還是異常？

維修中會碰到一些異�，F(xiàn)象，有的似故障而非故障，有的似非故障而實為故障。其故障成因，教科書中很難查到它們，由于變頻器電路構成的特點和現(xiàn)象的特殊性，對一些老師傅也屬于“新領域”，咨詢老師傅也說不出所以然。

一臺微能WIN—G9型75kW變頻器試運行中的奇怪現(xiàn)象——空載電流竟大于額定電流，變頻器究竟是好的還是壞的，該臺維修后的變頻器能投入運行嗎？

起因：一水泥廠用戶送修一臺75kW微能WIN—G9變頻器，故障原因是運行中，變頻器機殼內突然跳火冒煙，變頻器停機。檢查，該機器的電源輸入電路為三相半控橋，利用其可控整流原理，對直流主回路儲能電容進行“軟充電”，省去了小功率變頻器常用的充電接觸器。實際上半控橋在這這里相當于無觸點軟充電開關。檢查發(fā)現(xiàn)，其中一只可控硅模塊的端子有明顯電弧閃絡燒灼的跡象，但測量并不短路。在拆卸中發(fā)現(xiàn)很輕易便將固定螺帽卸下，閃絡原因似乎是連接螺絲過松，引起接觸不良所致。該模塊為一只二極管和一只單向晶閘管的組合體。進而檢查控制板和逆變主回路，無異常。將該模塊拆除后，余二相半控橋作為電源輸入，上電后，帶一只2.2kW小功率三相電機試運行，感覺沒有什么問題，換用了一只同型號新模塊后，便到現(xiàn)場進行安裝了。

慎重起見，先將運行頻率調至5Hz，變頻器負載為一臺風機，先將電機的軸連接器脫開，使電機空載運行。這一試運行，嚇了一跳！頻率在5Hz以下時，空載運行電流為45A，雖感覺稍大，但考慮為可能為電機繞組進行過修復、或變頻器的參數(shù)如起動曲線或轉矩補償?shù)冗M行過調整等原因所造成，未加理會。當升速到10Hz時，變頻器面板顯示電流和用鉗形表測量輸出電流，均達到了100A！且輸出電流的擺動幅度極大，很不穩(wěn)定。但測三相輸出電壓，為70V左右，平衡而穩(wěn)定。將電機連接線脫開，上電測變頻器輸出，輸出頻率10Hz時，輸出電壓為70V，20Hz時為150V，35Hz時為250V，以后隨運行頻率上升，到50Hz時，達到400V。在此過程中，測量三相輸出電壓的平衡度很好。變頻器輸出的U/f曲線符合二次方負載轉矩特性沒有問題，輸出電壓平衡和穩(wěn)定，而輸出電流過大和電流劇烈波動，顯然為負載異常所致。這是常規(guī)判斷引出的結論。

與廠方的的相關技術人員一塊探討，試圖找出電機方面和機械方面的原因來。比如電機是否新修好，是否繞組繞制不良；軸承有無磨損，運行不穩(wěn)；連接軸是否有松動及不同心現(xiàn)象；風葉有無變形等�；謴驮�工頻啟動柜的接線，工頻起動電機做對比，逐一排除了上述懷疑，且據(jù)現(xiàn)場觀測，該電機及連接負載狀態(tài)優(yōu)良，幾乎聽不到運行中的電氣和機械噪聲。工頻全速運行下的空載電流僅不足35A，三相平衡，無波動！電機及負載無問題，問題還在變頻器。

那么變頻器的故障部位在哪里呢？有點讓人困惑。是電流檢測不準造成誤輸出嗎？觀察變頻器的操作面板，顯示的電流值與鉗形電流表所測的接近，應該是沒有問題的。還是MCU主板有問題，輸出的驅動波形不對呀？沒有道理呀。全數(shù)字電路怎么會波形不對了呢？

還好，現(xiàn)場離此不遠有另一臺同型號同功率的變頗器，帶的負載也是一樣的，這給對比試驗帶來了極大的方便。廠方急著將機器開起來，也給予了積極的配合。將兩臺變頻器的電流互感器互換，無效；將兩機的MCU主板互換，無效。調出主回路直流電壓顯示，為550V，電壓采樣電路也無問題。再也琢磨不出故障在哪塊電路。對比機在帶載情況下，10Hz時運行電流為75A，到達35Hz以上時，運行電流才到達100A，比這臺帶空載電機的電流還小呀。空載電流竟然遠遠大過了負載電流，變頻器肯定是有問題。

在試機過程中，偶爾用鉗形電流表測了一下該變頻器的三相輸入電流，更發(fā)現(xiàn)了一個不可思議的現(xiàn)象！該臺變頻器的輸入、輸出電流完全不成比例，有10倍以上的差距！

在輸出40A電流時，輸入電流為幾個安培，幾乎測不出來；在輸出100A電流時，測輸入電流僅為8A以下！這就不符合能量守恒定律了。100A輸出電流從哪里變出來的呢？仿佛一根不漏的水管，進了1方水，而流出來10方水，水管子里面不能變出水來呀。

我們都知道，在一般情況下，變頻器的輸入電流總是要小于輸出電流的。其原因為直流回路的儲能電容產(chǎn)生作用，仿佛在電機端安裝了一臺無功功率補償柜一樣。在變頻器空載或輕載時，由儲能電容提供一部分電流給負載，使變頻器從電網(wǎng)吸取的無功電流減小。而隨著負荷的加大，其輸入電流按比例增加，當投入額定負載后，變頻器輸入電流與輸出電流應近于相等了。如輸出40A時，輸入才幾個安培；輸出100A時，輸入電流已達70A；輸出電流達140A時，輸入電流也差不多到達此值了。正常情況下，輸入、輸出電流有差異，在輸出電流幅度較小時，其差異較大，輸出電流較大時，其差異較小。但如上述的極其懸殊的差異，還是第一次碰到。懷疑是不是測量儀表壞掉了。換了表，再測一遍，也還是同上結果。

咨詢廠家，變頻器廠家技術人員給予答復：該型號變頻器為最早生產(chǎn)的變頻器，存在空載電流稍大、電流波動的問題，但屬正�，F(xiàn)象不影響使用。帶載后電流會穩(wěn)定下來。最好接入一臺同功率電機試驗一下，是不是電機的問題，或負載的問題。如電機軸承的問題。如電機及負載問題全都排除，只要變頻器輸出三相電壓平衡，輸出電流不超過變頻器額定電流，可以空載或帶載試機。至于輸入、輸出電流的比例問題，因負載情況不一樣，是很難有固定比例的。

想想也是嘛。只要是輸出三相電壓平衡，只要是在不超過額定電流的情況下，可以帶載試驗。變頻器壞不掉。也許是帶載以后，輸出電流便不會有大的波動了。也許就正常了呢。

只好帶載試驗，出現(xiàn)奇跡（讓人大跌眼鏡）：10Hz運行時，在輸出40A電流時，輸入電流僅7個8個安培。30赫茲運行時，輸出電流60A，輸入電流25A；40赫茲運行時，在輸出100A電流時，輸入電流70安培。運行電流小了，波動小了，基本上是穩(wěn)定的。三相電壓和三相電流都是平衡和比較穩(wěn)定的。問題莫名其妙地消失了。

感謝廠家技術人員的指導，但由于初次碰到這種情況，空載即出現(xiàn)異常電流，不敢升至全速運行。帶載試運行就更不敢了，總以為這是變頻器異常。

變頻器投入運行后，從現(xiàn)場回來，仍在琢磨這個問題。

聯(lián)想起檢修一個發(fā)電站零線電流大的問題，為線路中的諧波分量造成，是諧波電流呀。在空載或輕載運行時，該臺變頻器的輸出線路中，是否也存在著極大的諧波分量呢？測量得出的結果是不是真的呢？

分析原因為空載時輸出電流中有較大諧波分量造成。諧波電流大可能有以下兩個原因：

1、該變頻器輸出PWM波不夠理想，調制方式未達到最佳。即在軟件控制思路上未達到優(yōu)化（新型機器肯定已經(jīng)改進了）；

2、當空載時，相當于電源容量與負載容量嚴重不匹配，電源容量遠遠大于變頻器容量，這也是產(chǎn)生諧波電流的一大原因。而帶載運行時，容量匹配情況好轉，諧波分量倒被大大削減了。

此兩種原因的合成，導致變頻器的空載電流大過了帶載電流。

功夫在詩外：故障并不怪

奇怪的“故障字符”

用戶送修一臺國產(chǎn)變頻器，是安邦信AMB-G9/P9型22kW的變頻器，依照常規(guī)，先將損壞模塊拆掉，上電檢查驅動電路是否正常；上電，操作面板顯示OC故障代碼；短接故障信號返回光耦合器后，不再跳OC故障。按操作控制面板RUN鍵時，充電繼電器瞬時斷開（聽到“啪噠”一聲），面板指示燈也同時熄滅，顯示屏在閃爍后，顯示一串在故障代碼表中查不到的一串“故障字符”。懷疑仍有別的故障信號存在，檢測三相輸出電流檢測的信號輸出端，皆為0V，正常。對其它信號，不測繪電路，一時很難找出其來龍去脈。

偶爾斷電再啟動時，發(fā)現(xiàn)上述所謂的“故障字符”竟為開機字符（初次檢修該型機器，未引起注意）！其故障實質是：可能開關電源的負載側有短路性故障，尤其是驅動電路，當起動信號投入時，將電源電壓拉至極低，甚而開關電源會因此而停振，除充電繼電器因吸合電壓不足而釋放外，MCU判斷為重新上電，而顯示開機字符！實際上起動信號的投入造成了一個相當于重新上電開機的過程。

查驅動回路，驅動IC后面加有兩只接成推挽形式的兩只功率放大管，用于將驅動IC輸出的脈沖放大后，再驅動逆變模塊。其中U相的上、下臂驅動功放電路，都有一只晶體管因模塊損壞和沖擊而損壞，在無觸發(fā)脈沖到來時，單管擊穿短路形不成對驅動供電電源的短路。而脈沖信號的到來，好管的“導通”與壞管的“直通”造成了造成了對驅動電源的瞬時短路，導致開關電源瞬時停振而斷電，起動信號也因斷電而中斷，驅動IC后功放對管的短路狀態(tài)，也因斷電而解除。然后開關電源重新起振，MCU判斷變頻器為重新上電，故操作面板顯示上電字符。

拆除模塊后，便急著上電檢查驅動電路的好壞，未將電路進行細致的測量與判斷，故在此開機字符上浪費了一定的時間。拆除模塊后應先徹底檢查一下，再將驅動板上電的。

這個故障并不怪，但把開機字符誤當作故障字符就怪了。

報警代碼表中也無的故障字符

安裝新模塊后，先不接直流回路的530V直流電壓，對功率逆變電路先加入24V直流電源進行試驗。起動后，又跳Br Tr FeiLuRe字符，但可以按復位鍵進行復位；若斷開24V電源，仍跳此故障，但不能復位。查說明書故障代碼無有此項，一時不明白故障的起因了。不得已咨詢廠家，回答說是制動回路故障，感覺不對呀。端子外電路未接入制動電阻，測量端子內部的制動元件也無短路�？赡苣孀儾糠蛛娫赐５艉螅�由控制電源（開關電源的供電）串入，造成檢測電路返回故障信號。

停掉24V電源后，逆變模塊的P供電端子仍有約6V左右的電壓，也許此電壓再經(jīng)某些環(huán)節(jié)進入故障檢測電路，恰達到Br Tr FeiLuRe的報警電平，或是充當了Br Tr FeiLuRe故障信號。是不是呢？

測6路驅動電路的負壓和脈沖正壓均正常，因有截止負壓的保障，可以送入直流回路的530V直流供電。保險起見，先將原75A快溶保險換為2A的，直接上電試之，一切正常。

可見：若75A快溶保險斷掉，或模塊內部的剎車控制的IGBT短路（有可能引起直流回路的電壓跌落）時，均有可能產(chǎn)生Br Tr FeiLuRe的報警信號。此信號的來源，可能為故障檢測電路檢測到IGBT模塊供電電壓異常低落后，報與MCU的。但將其定義制動回路的故障，一時讓檢修者無法“對號入座”了。

因該“故障”的產(chǎn)生，使采用直流低壓供電檢測逆變電路的這一手段不能實施了。也使維修費了點周折。

遇有此種情況，可在530V供電回路中串燈泡或加接2A熔斷器進行上電試驗。千萬不能直接供530V直流電壓，以免因驅動電路不良造成模塊的損壞。

功夫在詩外：整流模塊壞得不講道理

通常，逆變模塊的故障率要比整流模塊的故障率高許多。由負載短路和驅動電路的負壓丟失造成的逆變模塊的損壞是不可避免的，尤其是全速（全壓）輸出下的負載瞬間短路，沒有哪種保護電路能打“包票”，可以保證逆變模塊不被損壞。而整流模塊的損壞機率就要小得多，直流回路的儲能電容突然徹底擊穿短路的情況極為少見，電容的短路有噴液、鼓頂、爆裂等，似乎有一個漸變過程，而整流電路的過電流能力往往要大于逆變模塊。整流模塊的損壞除了抗不住雷擊的入侵，由輸出過流引起的損壞較少，因為逆變電路（負載路）還串有快熔熔斷器，變頻器內部的保護電路也會提供及時的停機保護。當然也存在器件本身質量缺陷引起損壞，保護電路對此無能為力的極少情況。

變頻器的直流回路和逆變回路無故障，負載電流又在額定電流以下，三相輸入電壓又在額定值以內，整流模塊似乎就沒有損壞的理由。

簡單的三相整流電路，在維修上卻碰到難題了。下面以故障實例來進一步說明問題。

故障實例1

在某地安裝了一臺小功率變頻器，先后出現(xiàn)了三次燒毀三相整流橋的故障。變頻器功率為2.2kW，所配電動機為1.1kW，且負載較輕，運行電流約為2A，電源電壓在380V左右，很穩(wěn)定，三相電壓平衡度較好。因而現(xiàn)場看不出什么異常。但先后更換了3臺變頻器，運行時間均不足2個月，檢查都是三相整流橋燒毀，原因何在呢？現(xiàn)場觀測，輸入、輸出電壓、電流情況都正常，屬于輕載運行。到用戶生產(chǎn)現(xiàn)場去找故障原因，徹底解決此事。幾次到現(xiàn)場的安裝人員都反映：這事情有點奇怪。

趕赴現(xiàn)場全面檢查，發(fā)現(xiàn)在同一車間、同一供電線路上還安裝了另兩臺大功率（其中一臺為45kW）變頻器，3臺變頻器既有同時運行、也有不同時起/停的可能。我隱約感到：大功率變頻器的運行與起停，也許就是小功率變頻器損壞的元兇！

原因何在？因變頻器的三相整流電路為非線性元件，而直流回路又接有容量較大的儲能電容，流入兩臺大功率變頻器的的整流電流，是為直流回路電容器充電的非線性浪涌電流，使得電源側電壓（電流）波型的畸變分量大大增加（相當于在現(xiàn)場安裝了兩臺電容補償柜，因而形成了波蕩的電容投切電流），但對于大功率變頻器而言，由于其內部空間較大，輸入電路的絕緣處理易于加強，所以不易造成過電壓擊穿，但小功率變頻器，因內部空間較小，絕緣耐壓是個薄弱環(huán)節(jié)，電源側的浪涌電壓沖擊，便使其在劫難逃了。

另外，相對于電源容量而言，小功率變頻器的功率顯然太不匹配。尤其是當兩臺大功率變頻器停機，只有小功率變頻器運行時，當供電變壓器容量數(shù)倍于變頻器功率容量時，變頻器輸入側的諧波分量則大為增強，這種能量會使小功率變頻器形成過大的浪涌整流電流，也是危及變頻器內三相整流橋的一個不容忽視的因素。

該例故障如果單從變頻器本身做文章，換新整流模塊后，結局仍然是可以預料的：在變頻器運行中還會出現(xiàn)隨機性損壞。問題的關鍵是：三相整流橋的損壞，應為外在因素引起，不在變頻器電路本身。單純的更換損壞整流模塊，解決不了根本問題。

故障實例2

無獨有偶。某化工廠安裝了數(shù)臺進口變頻器，工作電流和運行狀態(tài)都正常，但也屢次出現(xiàn)炸毀三相整流橋的故障，往往在運行中毫無征兆地就爆裂了。變頻器在跳閘后，再合閘卻合不上，一合就跳，肯定就是變頻器內整流橋擊穿了。電工師傅都摸出了這一規(guī)律。電工師傅曾將電機換新試驗，也無效果。將變頻器進行了多次維修和品牌更換，都沒有徹底解決問題。幾年來這種故障一直讓人困惑。據(jù)本人現(xiàn)場勘測和分析：該廠為補償無功功耗，在電控室安裝了數(shù)臺電容補償柜，變頻器距離電控室距離很近。大容量電容器的投、切動作在電網(wǎng)中形成了幅值極高的浪涌電壓和浪涌電流。觀察電容補償柜中的電容進線，并未按常規(guī)要求加裝浪涌抑制電抗器，此電抗器的作用實質上不但抑制了進入電容器的浪涌電流，也同時改善了整個電網(wǎng)內的電壓波形畸變，對減緩浪涌電流的沖擊有一定作用。

另外，車間電機安裝量比較多，因生產(chǎn)工藝要求，電機起停頻繁，負荷變動較大。由切換負荷引起電網(wǎng)中的浪涌電流，對小功率變頻器內的整流模塊也造成了一定沖擊。

當生產(chǎn)線進行了變頻改造后，補償電容的投、切（充、放電）電流、電機起停造成的浪涌沖擊，與變頻器整流造成的諧波電流互相放大，在電網(wǎng)系統(tǒng)中形成了瞬時的動蕩的電壓尖峰與浪涌電流，擊穿變頻器中的整流模塊也就順理成章了。

必須解決整流模塊屢次壞掉的問題了。

上述兩個故障實例其實只是一個問題，即電網(wǎng)電壓波形的畸變形成了電壓尖峰和浪涌電流，使變頻器中的整流模塊不堪其沖擊而損壞，因而處理的措施也很簡單。

如圖所示，在小功率變頻器的電源輸入側，串入了由XD1電容浪涌抑制線圈（扼流圈）改做的三只“電抗器”；為現(xiàn)場無功功率補償柜中的電容器加裝了XD1電容浪涌電流抑制器。經(jīng)上述處理后，整流模塊不明不白損壞的現(xiàn)象未再出現(xiàn)過。使用效果還是可以的，改造成本是低廉的。且免去了外地加工購料的麻煩，縮短了改造工期。如果處理得再理想一點，為變頻器加裝正宗的輸入電抗器當然是一個更好的舉措，但需要用戶承擔改造費用了。而XD1浪涌電流抑制器，10元左右一只，在變頻器維修完畢后，可順便為用戶備好，以杜絕后患。在實際安裝應用中，變頻器產(chǎn)品供應商及用戶往往出于降低成本的考慮，省掉了輸入電抗器。但輸入電抗器的配置，確是很有必要的。

檢修變頻器也要配合對現(xiàn)場情況的分析，有時候應在變頻器以外下點功夫。否則看似簡單故障有可能會把一個“修理高手”搞得要“繳械投降”了。

圖 為易壞整流模塊的變頻器加裝三相“電抗器”

功夫在詩外：輸出頻率不穩(wěn)的處理

科姆龍變頻器操作面板頻率值波動及誤停機原因與解決措施。

將4臺小功率科姆龍牌KV2000型變頻器安裝于1個控制柜中，采用比例同步調速控制方式，用于石膏板生產(chǎn)線下料、供水、走帶的同步調速控制。為了操作與監(jiān)控方便，將變頻器的控制面板安裝在柜體正面，用廠家配套的信號電纜連接起來。

現(xiàn)場調試中，在運轉中發(fā)現(xiàn)，各臺變頻器的轉速顯示值的波動達±30轉以上！用戶懷疑轉速不穩(wěn)，變頻器不能正常工作，要求處理。

首先將主電路G端子進行了獨立接地處理，將調速信號線進行了屏蔽單邊接地處理，轉速值波動現(xiàn)象有所改善，但仍未根除。詢問廠家，回答是干擾造成，建議進行接地處理。無效后，廠家也提不出更好的解決方案。在試轉中，發(fā)現(xiàn)單臺運轉，仍舊有波動。運行的臺數(shù)多，波動就大一些。4臺機器有的波動大一些，有的波動小一些，但畢竟轉速值不能穩(wěn)定下來。此一問題終究未能得以徹底解決，但對運轉看起來影響不大，也就不了了之了。

后來在另一家石膏板廠安裝了一臺同類設備，運行幾個月后，用戶反映其中一臺3.7kW供水的變頻器屢有停機現(xiàn)象，發(fā)展到一天內停機次數(shù)達十幾次，用戶要求必須現(xiàn)場維修解決。

現(xiàn)場觀察：運行中該變頻器的操作面板上轉速顯示值波動較大，三位數(shù)碼都有閃爍現(xiàn)象，F(xiàn)WD指示燈也跟隨閃動：運行中轉速值突然降到零值，也可能隨即轉速上升，繼續(xù)運轉，也可能須重新起動才能運轉。有時候停機后顯示F000，無緣無故地進入了參數(shù)設置狀態(tài)，仿佛有人進行了停機操作和參數(shù)調整操作，但這個“人”肯定是干擾信號，使變頻器的MCU接收了停機指令或其它操作指令。測3kW電機運行電流僅2.6A，停機時變頻器過壓、欠電壓、過載等故障代碼均不出現(xiàn)，顯然電動機與變頻器都非故障保護停機。將變頻器單機運轉，現(xiàn)象依舊；將起/停端子連線、調速端子連線全部拆除，現(xiàn)象依舊；改用操作面板控制起/停與調速，現(xiàn)象依舊；換用一臺5.5kW變頻器運轉，現(xiàn)象依舊！

判斷為信號干擾造成上述現(xiàn)象：首先也進行了常規(guī)的接地處理；無效后又調整了變頻器的載波頻率，將其調整為最低載波頻率2kHz后，略有改善；將操作面板至變頻器的連接電纜包一層錫箔后，停機次數(shù)減少，似有改善；購得直徑適度的磁環(huán)，在連接線的兩端各穿繞2-3匝后，轉速顯示值及FWD指示燈的閃爍現(xiàn)象沒有了，轉速值不可思議地穩(wěn)定，連1轉的波動也沒有了！

干擾是變頻器自身運轉后輸出端的載波，經(jīng)由操作面板的連接電纜竄入MCU的I/O口的！干擾程度較輕的，輸入頻率及顯示值有波動現(xiàn)象；干擾程度重的，則出現(xiàn)隨機性停機現(xiàn)象。實踐證明，在信號線上套繞磁環(huán)抑制干擾的效果是最好的。

本例故障出在抗干擾性能不佳上（或是PMW波不夠優(yōu)化），但從變頻器電路本身，無從下手，須從外部采取措施來解決。有時候一個貌似小小的問題，處理起來卻大費周折。變頻器的現(xiàn)場安裝，很少有嚴格按標準來進行的。如在變頻器的輸入端、輸出端均串有電抗器或噪聲濾波器，因而現(xiàn)場運行中產(chǎn)生的種種干擾對維修和使用者提出了更高的要求。維修的內容也從維修門頭延伸到了工作現(xiàn)場，或者說，有時候安裝調試也成為了維修的一個內容。

來源：《變頻器電路維修與故障實例分析》咸慶信著

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