变频器故障分析及处理

引言

A公司近些年变频器问题频发,元器件时常会发生保护功能频繁动作、失效、烧坏等故障情况,甚至影响机组运行安全。在实际工作过程中,变频器发生故障,硬件方面的品质问题是一方面原因,维护不当也是造成故障的重要因素。对于硬件问题,应进行仔细的检测,以便找到故障点,维修或更换硬件,搜索重点是单片机系统外的电路。另一方面,在使用和维护方面也会出现问题,可从保护功能运行时显示的信息和变频器的自诊断两方面分析这类故障,采用适当的分析手段找出相应的故障点并进行修复。

1常见故障类型及处理方法

1.1过载故障

过载故障在西门子高压变频器面板上显示为"ExcessiveDriveLosses"。这种故障通常包括电机过载和传感器过载,造成这种故障的主要原因包括加速时间短、负载过大、直流制动量过大,可以通过延长制动时间和加速时间来修复。

2016年4月4日,启动#4高压给水泵变频器,当高压电源接通时,因过载故障而跳闸。分析表明,在变压器长期不运行后,变压器的绝缘介质发生变化,由于加速时间短,第一次通电时会产生冲击电流:同时,变换器功率单元的电解电容器在通电时也会产生冲击电流,因为电容器上的电压不能突然变化,所以电流必须突然变化。在电流突变为饱和电流时,实际功率也会超出额定功率,然而基于变频器本身的特性,在实际功率超过95%的额定功率的情况下,变频器会实施自我保护动作(具体可参考说明书）,遂发生跳闸。所以,若变频器长时间停运后第一次上电,一定要缓慢升压上电,从而延长加速时间,进而避免此类故障的再次发生。

1.2过流故障

过流故障是十分常见的故障类型,在面板上显示为"IoC",可以从电源负载、板卡、端子排接触等方面找产生故障的原因。

(1）当电源电压缺相或超过极限时,对于电压过高或过低应及时调整。无论电源缺相还是变频器输出缺相,都会导致电机转矩减小引起过电流故障。

（2)变频器设定值不适合。2015年7月5日,#6高压给水泵变频器发生过电流跳闸,经检查分析为1o板误报,且电流过载保护参数设置得略低,故在更换板卡之后将1o板电流过载参数由1.5改为2,此后未再发生此类故障。通常,在参数设置正确后,变频器可以恢复正常工作,并可根据实际情况调整相关参数,以获得更好的控制效果。

（3)负载侧过载或短路,可重点检查电机噪声和干扰现象:负载侧短路或接地,可由兆欧表检测。

（4)电流互感器损坏。这种故障的具体表现是:变频器主电路通电,在变频器启动前有电流显示且电流在变化,即可判断互感器已经损坏。

（5)如果连接插件插不紧,会造成电流或电压反馈信号线接触不良,导致过电流故障时有时无。例如,2015年12月21日,#4高压给水泵变频器跳闸,检测为过电流故障,在排查分析后,发现端子排无测量电流输出,遂立即紧固端子排,后恢复正常。

1.3单元件损坏

随着变频器运行时间的日益累积、使用频率的不断升高,硬件方面的品质问题在所难免。2015年12月3日,#4凝结水泵变频器报"Powersupply"（电源故障)致停机跳高压,根据此报警信息,首先推断此故障为直流＋5V/±12V相关故障,现场测得UPs电源电压:5V、-12.07V、＋12.08V,电源正常:几次重启后,电源正常。然后根据导出的报文看出,在此故障不久后报出"ModulatorwatchdogFlt"。即调制板与功率单元建立的数据命令更新,当调制板因故中断软件未能监测到新的数据,才会被检测出故障,故由现场状况及测量结果推断为调制板自身因故误检测故障。然后更换调制板,变频器运行正常。

通常,与机组损坏有关的故障应以故障信息作为线索进行分析,对损坏的单个部件应采用适当的检测方法进行修理或更换。

1.4变频器过电压

当变频器报出"Lineovervoltagefault"或"Lineovervoltage",意味着过电压故障,电压故障出现概率总的来说比较高,主要原因是电机同步转速比实际转速要高一些,这样一来,电动机就会处于发电状态,导致变频器输入电压有效值比额定输入电压要高,且变频器没有安装相应制动单元。拖动大惯性负载时,变频器的减速时间设定较小,减速过程中输出速度较快,负载通过自身电阻缓慢减速,使负载驱动电机的转速高于变频器输出频率对应的转速。电机处于发电状态,变频器无能量反馈单元,因此变频器支路电压升高,超过保护值。

2013年6月22日,#2凝结水泵变频器疑似出现此类故障,当时变频器转速反馈出现故障,初步分析为变频器转速与电机转速未能同步,后检查控制板件均无异常,重新上电后正常。在出现此类故障的情况下,可使用电压表检查系统接口板上测试点（V1A/TP1、V1A/TP2、V1A/TP3)的电压。额定输入电压值为3.8V左右,超过4.2V就会触发过电压条件,可以通过增加制动单元或修改变频器参数（调整变频器的减速时间)来处理这种故障。

2故障诊断方法

针对变频器的实际故障,应认真分析故障原因。首先,在排除变频器外围电路、电机故障以及相关机械故障后,应查询变频器的指示及其故障现象,包括故障发生前后外部环境的变化,如负荷变化、功率波动等,从这些角度出发来分析故障原因。另外就是检查发生故障的设备、确认损坏的具体部位,初步分析维修使其恢复的可能:基础工作完成之后就要开始分析电路,根据损坏元器件的位置,仔细研究该变频器相应的电路结构,结合故障现象,对电路故障进行分析诊断。

常见故障诊断方法有以下几种类型:

2.1故障树诊断法

首先列举出常见的变频器故障类型,然后从硬件、环境和人为因素等方面分析故障产生的直接原因,将它们通过逻辑关系联系起来,再利用故障树诊断方法从下到上逐步进行检查,直到找出故障原因。该方法在面对更多的故障时会更加方便快捷。

2.2对比诊断法

对比诊断法指通过对比现象找到故障原因,比如比较切断电路和不切断电路的现象:又比如更换某一元件和不更换该元件,比较产生的不同现象。例如,2014年11月25日,#21凝泵启动时报警,显示B2模块故障,随即更换#6机凝泵变频器B1模块后启动正常。该例中,如果更换模块后故障现象相同则表明故障仍然存在,就排除了与B2模块有关的可能性:如果故障现象消失,就表明B2模块确实是故障源。

2.3自动诊断与人工结合法

变频器可以自动诊断故障的性质和位置,但不容易找出故障原因。在这种情况下,结合人工诊断方法,根据自动诊断的信息,列举出可能导致此信息出现的故障,逐一排查疑点,即可缩小检查范围,快速检测出故障原因和位置。

3结语

电动机是最常见的用电大户,但大多具有节能潜力,大力发展变频技术是时代赋予我们的神圣使命。变频器的维护和故障排除是一项长期的任务,加强变频器维修人员的培训尤为重要,变频器维修人员必须全面掌握变频器故障分析方法和维修常识,公司应组织维修人员到设备厂家进行专项培训。

另一方面,应注意变频器部件老化引起的频繁故障。变频器控制单元中电子元件的正常寿命为5～10年。在使用寿命期间,故障率将随着时间推移显著增加。做好变频器寿命评估十分重要,应定期进行升级改造来减少因元件老化导致的故障频发情况,但检修时移相变压器、旁路单元等元件可以保留,以节省费用。