1、引言
隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，新型大功率電力電子元器件的誕生，集成電路
和微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，交流變頻調(diào)速技術(shù)已日趨完善和成熟。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速精度高、保護(hù)功能完善和操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，已在冶金、石化、電力、機(jī)械、民用電器等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
變頻器在正常使用6-10年后，就進(jìn)入故障的高發(fā)期，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)元器件燒壞、失效、保護(hù)功能頻繁動(dòng)作等故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其正常運(yùn)行。在長期從事設(shè)備維修工作中，本人遇到過許多不同的變頻器故障，在對(duì)其處理過程中，發(fā)現(xiàn)其故障類別有一定的共性和規(guī)律。在實(shí)際維修中，只要抓住其特征，掌握故障處理的規(guī)律，就能做好變頻器的維修工作，使變頻器在實(shí)際中出現(xiàn)的各種故障得到及時(shí)處理和解決，并延長其使用壽命。首先，要根據(jù)變頻器的使用技術(shù)規(guī)范要求，制定完善的日常維護(hù)措施和檢修周期，使故障隱患在初期得到解決，尤其是在惡劣環(huán)境條件下使用的變頻器，這項(xiàng)措施更為重要。其次，專業(yè)維修人員必須全面了解其原理、結(jié)構(gòu)和控制方式等常識(shí)。此外，還要有豐富的實(shí)踐維修經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的電氣理論知識(shí)。
2、變頻器應(yīng)用現(xiàn)狀
在實(shí)際設(shè)備維修中，遇到最多的是進(jìn)口變頻器。如富士、三星、ABB、AB、西門子等廠家。特別是在大、中型企業(yè)舊設(shè)備技術(shù)改造中，應(yīng)用最為廣泛。其原因是由于十多年前國內(nèi)生產(chǎn)變頻器的廠家很少，其產(chǎn)品功能簡單、性能低、質(zhì)量不高。而進(jìn)口變頻器機(jī)型多、技術(shù)成熟、功能齊全、性能優(yōu)越、質(zhì)量高、耐用的特點(diǎn)，并且適合不同設(shè)備拖動(dòng)需求，故占據(jù)著國內(nèi)變頻器市場的主要部分。在多年的實(shí)際使用中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口變頻器也存在著一個(gè)很大的問題，就是國內(nèi)多數(shù)代理商和經(jīng)銷商在推銷進(jìn)口變頻器時(shí)，一般是以國外已開始淘汰的機(jī)型為主，由于這類產(chǎn)品的價(jià)格不高，國內(nèi)企業(yè)普遍能夠接受。另外，國企在設(shè)備技術(shù)改造中，因改造資金不足、對(duì)方案設(shè)計(jì)不重視、審批專業(yè)性不強(qiáng)等其它原因，會(huì)自然選擇這種機(jī)型。故設(shè)備技術(shù)改造完成2-3年后，就出現(xiàn)變頻器維修配件或整機(jī)購買不到現(xiàn)象。代理商以這種產(chǎn)品淘汰，又推銷另外一種機(jī)型，結(jié)果出現(xiàn)了同一個(gè)設(shè)備改造項(xiàng)目，卻采用多種機(jī)型控制的情況。如我廠炭素一、二期焙燒4臺(tái)多功能天車變頻器改造，分別采用AB公司AC800-01、AC800-02兩種變頻器（2臺(tái)是2002年實(shí)施的改造；另2臺(tái)是2003年完成的）。又如我廠炭素凈化系統(tǒng)4臺(tái)200kW的排煙機(jī)2001年選用ABB公司ASC600（250kW）機(jī)型實(shí)施變頻器改造后，運(yùn)行3年多，就有2臺(tái)變頻器因無備件停用（因這種機(jī)型淘汰，已不生產(chǎn)，無備件供應(yīng)）。
隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的迅速發(fā)展和進(jìn)步，近幾年國內(nèi)眾多廠家在變頻器研制和開發(fā)方面，已開始了大規(guī)模資金和人力的投入。目前國產(chǎn)變頻器在控制技術(shù)和功能上，已取得了顯著的進(jìn)步和成就。但由于過去的遺留的舊觀念和態(tài)度，人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，仍然對(duì)國產(chǎn)變頻器的性能和質(zhì)量有較深的懷疑和偏見，故目前制約著國產(chǎn)變頻器推廣和應(yīng)用。但國產(chǎn)變頻器以其低價(jià)格，維修方便、配件供應(yīng)及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸被國內(nèi)企業(yè)技術(shù)人員認(rèn)可和接納。
3、變頻器的常見故障及維修對(duì)策
目前，大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)中，由于維修人員素質(zhì)、能力、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備管理不到位等原因，在設(shè)備維修工作上，主要采取設(shè)備元部件整體更換的維修工作方式。對(duì)于設(shè)備中變頻器維修，也普遍采取整機(jī)報(bào)廢、更換（或更新）維修方式。故企業(yè)內(nèi)廢舊整機(jī)變頻器數(shù)量很多，每年要花費(fèi)大量資金購置新的變頻器，以維持實(shí)際設(shè)備運(yùn)行需要。另外，由于變頻器在使用中故障頻繁，從維修人員到管理層普遍認(rèn)為只有進(jìn)口機(jī)型，才有高質(zhì)量、低故障的保障。對(duì)變頻器使用環(huán)境、維護(hù)不重視，將各類異常故障歸結(jié)于質(zhì)量問題，故出現(xiàn)了設(shè)備完成變頻器技術(shù)改造的幾年后，又提出了新的設(shè)備變頻器技改項(xiàng)目（這種技改其實(shí)是變頻器更新工作），使一臺(tái)設(shè)備多次實(shí)施技改，浪費(fèi)了大量資金，影響著企業(yè)生產(chǎn)成本降低和效益的提高。
3.1 變頻器故障分類
根據(jù)變頻器發(fā)生故障或損壞的特征，一般可分為兩類；一種是在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)的自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據(jù)隨機(jī)說明書上提供的指導(dǎo)方法，進(jìn)行處理和解決。這類故障一般是由于變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合適，或外部工況、條件不滿足變頻器使用要求所產(chǎn)生的一種保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象；另一類是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路、潮濕引起的絕緣降低或擊穿等突發(fā)故障（嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)打火、爆炸等異?，F(xiàn)象）。這類故障發(fā)生后，一般會(huì)使變頻器無任何顯示，其處理方法是先對(duì)變頻器解體檢查，重點(diǎn)查找損壞件，根據(jù)故障發(fā)生區(qū)，進(jìn)行清理、測量、更換，然后全面測試，再恢復(fù)系統(tǒng)，空載試運(yùn)行，觀察觸發(fā)回路輸出側(cè)的波形，當(dāng)6組波形大小、相位差相等后，再加載運(yùn)行，達(dá)到解決故障的目的。本文主要闡述第二類故障的分析和處理方法。
主電路故障
根據(jù)對(duì)變頻器實(shí)際故障發(fā)生次數(shù)和停機(jī)時(shí)間統(tǒng)計(jì)，主電路的故障率占60%以上；運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，導(dǎo)致的故障占20%左右；控制電路板出現(xiàn)的故障占15%；操作失誤和外部異常引起的故障占5%。從故障程度和處理困難性統(tǒng)計(jì)，此類故障發(fā)生必然造成元器件的損壞和報(bào)廢。是變頻器維修費(fèi)用的主要消耗部分。
（1）整流塊的損壞
變頻器整流橋的損壞也是變頻器的常見故障之一，早期生產(chǎn)的變頻器整流塊均以二極管整流為主，目前部分整流塊采用晶閘管的整流方式（調(diào)壓調(diào)頻型變頻器）。中、大功率普通變頻器整流模塊一般為三相全波整流，承擔(dān)著變頻器所有輸出電能的整流，易過熱，也易擊穿，其損壞后一般會(huì)出現(xiàn)變頻器不能送電、保險(xiǎn)熔斷等現(xiàn)象，三相輸入或輸出端呈低阻值（正常時(shí)其阻值達(dá)到兆歐以上）或短路。在更換整流塊時(shí)，要求其在與散熱片接觸面上均勻地涂上一層傳熱性能良好的硅導(dǎo)熱膏，再緊固螺絲。如果沒有同型號(hào)整流塊時(shí)，可用同容量的其它類型的整流塊替代，其固定螺絲孔，必須重新鉆孔、攻絲，再安裝、接線。例如，一臺(tái)80年代中期西門子生產(chǎn)的變頻器（7.5kVA）整流模塊（橢圓形）擊穿后，因無同類整流塊配件，采用三墾生產(chǎn)的同容量整流塊（矩形）替代后，已運(yùn)行多年，目前仍然能正常
使用。
（2）充電電阻易損壞
導(dǎo)致變頻器充電電阻損壞原因一般是：如主回路接觸器吸合不好時(shí)，造成通流時(shí)間過長而燒壞；或充電電流太大而燒壞電阻；或由于重載啟動(dòng)時(shí)，主回路通電和RUN信號(hào)同時(shí)接通，使充電電阻既要通過充電電流，同時(shí)又要通過負(fù)載逆變電流，故易被燒壞。其損壞的特征，一般表現(xiàn)為燒毀、外殼變黑、炸裂等損壞痕跡。也可根據(jù)萬用表測量其電阻（不同容量的機(jī)器，其阻值不同，可參考同一種機(jī)型的阻值大小確定）判斷。
（3）逆變器模塊燒壞
中、小型變頻器一般用三組IGTR（大功率晶體管模塊）；大容量的機(jī)種均采用多組IGTR并聯(lián)，故測量檢查時(shí)應(yīng)分別逐一進(jìn)行檢測。IGTR的損壞也可引起變頻器OC（+pA或+pd或+pn）保護(hù)功能動(dòng)作。逆變器模塊的損壞原因很多:如輸出負(fù)載發(fā)生短路；負(fù)載過大，大電流持續(xù)運(yùn)行；負(fù)載波動(dòng)很大，導(dǎo)致浪涌電流過大；冷卻風(fēng)扇效果差；致使模塊溫度過高，導(dǎo)致模塊燒壞、性能變差、參數(shù)變化等問題，引起逆變器輸出異常。如一臺(tái)FRN22G11S-4CX變頻器，輸出電壓三相差為106V，解體在線檢查逆變模塊（6MBP100RS-120）外觀，沒發(fā)現(xiàn)異常，測量6路驅(qū)動(dòng)電路也沒發(fā)現(xiàn)故障，將逆變模塊拆下測量發(fā)現(xiàn)有一組模塊不能正常導(dǎo)通，該模塊參數(shù)變化很大（與其它兩組比較），更換之后，通電運(yùn)行正常。又如MF-30K-380變頻器在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)直流回路過壓跳閘故障。這臺(tái)變頻器并不是每次啟動(dòng)時(shí)，都會(huì)過壓跳閘。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)變頻器在通電（控制面板上無通電顯示信號(hào)）后，測得直流回路電壓達(dá)到500V以上，由于該型變頻器直流回路的正極串接1只SK-25接觸器。在有合閘信號(hào)時(shí)經(jīng)過預(yù)充電過程后吸合，故懷疑預(yù)充電回路性能不良，斷開預(yù)充電回路，情況依舊。用電容表檢查濾波電容發(fā)現(xiàn)已失效，更換電容后，變頻器工作正常。
輔助控制電路故障
變頻器驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)信號(hào)檢測及處理電路、脈沖發(fā)生及信號(hào)處理電路等控制電路稱為輔助電路。輔助電路發(fā)生故障后，其故障原因較為復(fù)雜，除固化程序丟失或集成塊損壞（這類故障處理方法一般只能采用控制板整塊更換或集成塊更換）外，其他故障較易判斷和處理。
（1）驅(qū)動(dòng)電路故障
驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)逆變器IGTR，也易發(fā)生故障。一般有明顯的損壞痕跡，諸如器件（電容、電阻、三極管及印刷板等）爆裂、變色、斷線等異?，F(xiàn)象，但不會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電路全部損壞情況。處理方法一般是按照原理圖，每組驅(qū)動(dòng)電路逐級(jí)逆向檢查、測量、替代、比較等方法；或與另一塊正品（新的）驅(qū)動(dòng)板對(duì)照檢查、逐級(jí)尋找故障點(diǎn)。處理故障步驟：首先對(duì)整塊電路板清灰除污。如發(fā)現(xiàn)印刷電路斷線，則補(bǔ)線處理；查出損壞器件即更換；根據(jù)筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，對(duì)懷疑的元器件，進(jìn)行測量、對(duì)比、替代等方法判斷，有的器件需要離線測定。驅(qū)動(dòng)電路修復(fù)后，還要應(yīng)用示波器觀察各組驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的輸出波形，如果三相脈沖大小、相位不相等，則驅(qū)動(dòng)電路仍然有異常處（更換的元器件參數(shù)不匹配，也會(huì)引起這類現(xiàn)象），應(yīng)重復(fù)檢查、處理。大功率晶體管工作的驅(qū)動(dòng)電路的損壞也是導(dǎo)致過流保護(hù)功能動(dòng)作的原因之一。驅(qū)動(dòng)電路損壞表現(xiàn)出來最常見的現(xiàn)象是缺相，或三相輸出電壓不相等，三相電流不平衡等特征。
（2）開關(guān)電源損壞
開關(guān)電源損壞的一個(gè)比較明顯的特征就是變頻器通電后無顯示。如：富士G5S變頻器采用了兩級(jí)開關(guān)電源，其原理是主直流回路的直流電壓由500V以上降為300V左右，然后再經(jīng)過一級(jí)開關(guān)降壓，電源輸出5V，24V等多路電源。開關(guān)電源的損壞常見的有開關(guān)管擊穿，脈沖變壓器燒壞，以及次級(jí)輸出整流二極管損壞，濾波電容使用時(shí)間過長，導(dǎo)致電容特性變化（容量降低或漏電電流較大），穩(wěn)壓能力下降，也容易引起開關(guān)電源的損壞。富士G9S則使用了一片開關(guān)電源專用的波形發(fā)生芯片，由于受到主回路高電壓的竄入，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致此芯片的損壞，由于此芯片市場很少能買到，引起的損壞較難修復(fù)。
另外，變頻器通電后無顯示，也是較常見的故障現(xiàn)象之一，引起這類故障原因，多數(shù)也是由于開關(guān)電源的損壞所致。如MF系列變頻器的開關(guān)電源采用的是較常見的反激式開關(guān)電源控制方式，開關(guān)電源的輸出級(jí)電路發(fā)生短路也會(huì)引起開關(guān)電源損壞，從而導(dǎo)致變頻器無顯示。
（3）反饋、檢測電路故障
在使用變頻器過程中，經(jīng)常會(huì)碰到變頻器無輸出現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)電路損壞、逆變模塊損壞都有可能引起變頻器無輸出，此外輸出反饋電路出現(xiàn)故障也能引起此類故障現(xiàn)象。有時(shí)在實(shí)際中遇到變頻器有輸出頻率，沒有輸出電壓（實(shí)際輸出電壓非常小，可認(rèn)為無輸出），這時(shí)則應(yīng)考慮一下是否是反饋電路出現(xiàn)了故障所致。在反饋電路中用于降壓的反饋電阻是較容易出現(xiàn)故障的元件之一；檢測電路的損壞也是導(dǎo)致變頻器顯示OC（+pA或+pd或+pn）保護(hù)功能動(dòng)作的原因，檢測電流的霍爾傳感器由于受溫度，濕度等環(huán)境因素的影響，工作點(diǎn)容易發(fā)生飄移，導(dǎo)致OC報(bào)警。
總之，變頻器常見故障有過流、過壓、欠壓以及過熱保護(hù)，并有相應(yīng)的故障代碼，不同的機(jī)型有不同的代碼，其代碼含義可查閱隨機(jī)使用說明書，參考處理措施進(jìn)行解決。過流經(jīng)常是由于GTR（或IGBT）功率模塊的損壞而導(dǎo)致的，在更換功率模塊的同時(shí)，應(yīng)先檢查驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài)，以免由于驅(qū)動(dòng)電路的損壞，導(dǎo)致GTR（或IGBT）功率模塊的重復(fù)損壞；欠壓故障發(fā)生的主要原因是快速熔斷器或整流模塊的損壞，以及電壓檢測電路的損壞，電壓檢測采樣信號(hào)是從主直流回路直接取樣，經(jīng)高阻值電阻降壓，并通過光耦隔離后送到CPU處理，由高低電平判斷是欠壓還是過壓；過熱停機(jī)，多數(shù)原因是由冷卻風(fēng)扇散熱不足引起的。如我廠鋁電解車間環(huán)境惡劣，高粉塵、高溫（夏季廠房上部氣溫高達(dá)56℃）、高氧化鋁粉塵、氟化氫腐蝕氣體使多功能天車上變頻器內(nèi)電路板易積塵、風(fēng)扇粘死、電子器件老化迅速、GTR(或IGBT
模塊過熱燒壞，故經(jīng)常出現(xiàn)過熱保護(hù)，特別是在夏季，這種現(xiàn)象更加頻繁，而且模塊燒壞率很高，即使進(jìn)口機(jī)型（如Siemens、senken、fuji等）情況也是如此。為解決這個(gè)問題，我們通過加大天車上使用變頻器容量，才初步降低了變頻器的故障率和報(bào)廢率，但效果并不理想。
4、降低變頻器故障和延長使用壽命的措施
根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，變頻器的使用環(huán)境溫度每升高10℃，則其使用壽命減少一半。為此在日常使用中，應(yīng)根據(jù)變頻器的實(shí)際使用環(huán)境狀況和負(fù)載特點(diǎn)，制定出合理的檢修周期和制度，在每個(gè)使用周期后，將變頻器整體解體、檢查、測量等全面維護(hù)一次，使故障隱患在初期被發(fā)現(xiàn)和處理。
4.1 作好檢修工作
（1）定期（根據(jù)實(shí)際環(huán)境確定其周期間隔長短）對(duì)變頻器進(jìn)行全面檢查維護(hù)，必要時(shí)可將整流模塊、逆變模塊和控制柜內(nèi)的線路板進(jìn)行解體、檢查、測量、除塵和緊固。由于變頻器下進(jìn)風(fēng)口、上出風(fēng)口常會(huì)因積塵或因積塵過多而堵塞，其本身散熱量高，要求通風(fēng)量大，故運(yùn)行一定時(shí)間后，其電路板上（因靜電作用）有積塵，須清潔和檢查。
（2）對(duì)線路板、母排等維修后，要進(jìn)行必要的防腐處理，涂刷絕緣漆，對(duì)已出現(xiàn)局部放電、拉弧的母排須取除其毛刺，并進(jìn)行絕緣處理。對(duì)已絕緣擊穿的絕緣柱，須清除炭化或更換。
（3）對(duì)所有接線端檢查、緊固，防止松動(dòng)引起嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生。
（4）對(duì)輸入（包括輸出）端、整流模塊、逆變模塊、直流電容和快熔等器件進(jìn)行全面檢查、參數(shù)測定，發(fā)現(xiàn)燒毀或參數(shù)變化大的器件應(yīng)及時(shí)更換。
（5）對(duì)變頻器內(nèi)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)狀況、要經(jīng)常仔細(xì)檢查，斷電后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)葉，觀察軸承有無卡死或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活現(xiàn)象，必要時(shí)更換處理。
（6）仔細(xì)檢查控制電路板上電子元器件，檢查和處理脫焊、變色、鼓肚、開裂、斷線（印刷板線路）等異?，F(xiàn)象，必要時(shí)對(duì)外表異常的元器件，可從電路板上脫焊測量檢查或更換。
（7）由于變頻器在設(shè)計(jì)時(shí)其電子元器件考慮了使用老化引起的容量降低問題，故在維修中，不必對(duì)容量降低小的電容立即更換。在實(shí)際中，電容容量降低高低與變頻器使用環(huán)境、負(fù)載大小、工作制等狀況有直接的關(guān)系，惡劣環(huán)境、負(fù)載越大、停啟頻繁等運(yùn)行狀況，會(huì)加速直流主電容老化。另外，定期維護(hù)時(shí)，要詳細(xì)檢查主直流回路電容器有無漏液、外殼有無膨脹、鼓泡或變形，安全閥是否沖開，并對(duì)電容容量、漏電流（漏電流大，會(huì)使電容器過熱，引起安全閥沖開，甚至電容爆炸）、耐壓等進(jìn)行測試，對(duì)容量降低30%以上、漏電流超過70mA、耐壓低于650V的電容應(yīng)及時(shí)更換。對(duì)新電容或長期閑置未使用的電容，應(yīng)進(jìn)行性能測試，滿足使用要求后才可替換使用。
（8）對(duì)整流塊、逆變GTR（或IGBT）等大載流量的器件要用萬用表、電橋等儀器、工具進(jìn)行檢測和耐壓實(shí)驗(yàn)，測定其正向、反向電阻值，并做表格記錄，對(duì)參數(shù)相差較大的模塊要更換。
（9）對(duì)主接觸器及其它輔助繼電器進(jìn)行檢查，仔細(xì)觀察各接觸器動(dòng)靜觸頭有無拉弧、毛刺或表面氧化、凹凸不平，發(fā)現(xiàn)此類問題應(yīng)對(duì)其相應(yīng)的動(dòng)靜觸頭進(jìn)行更換，確保其接觸安全可靠。
（10）經(jīng)常檢查電源電壓波動(dòng)程度。改善變頻器使用環(huán)境和負(fù)載波動(dòng)大的現(xiàn)象，避免大電流對(duì)變頻器沖擊的影響。
5、結(jié)束語
在變頻器的應(yīng)用中，只有滿足其設(shè)計(jì)工作要求和正常使用的各項(xiàng)條件，才能使其長期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。如果是在惡劣的工作環(huán)境下使用，就要加倍重視變頻器的日常維護(hù)和檢修工作，改善變頻器使用環(huán)境和負(fù)載波動(dòng)大的現(xiàn)象。才能保證變頻器可靠、平穩(wěn)、安全地發(fā)揮其各項(xiàng)性能，達(dá)到調(diào)速運(yùn)行、節(jié)約電能和降低維修費(fèi)用的目的。
