摘要:本文主要介绍了变频器的一些常见故障处理和维护方法，并简述了其故障产生的原因和预防措施。
随着科学技术的不断进步，新型大功率电力电子元件的诞生，集成电路和微机技术的应用，交流变频调速技术也日趋完善和成熟。交流变频调速系统具有调速范围宽、动态响应快、调速精度高、保护功能完善、操作简单等优点，已广泛应用于冶金、石化、电力、机械、民用电器等行业。正常使用6-10年后，变频器将进入故障高发期，经常会出现元器件烧坏、保护功能失灵、频繁动作等故障，严重影响其正常运行。本人长期从事设备维修工作，遇到过很多不同的变频器故障。在和他们打交道的过程中，我发现他们的故障类别有一定的共性和规律。在实际维护中，只要把握其特点，掌握故障处理的规律，就能做好变频器的维护工作，使变频器在实际中的各种故障得到及时处理和解决，延长其使用寿命。首先要根据变频器使用技术规范的要求，制定完善的日常维护措施和检修周期，让隐患解决在初始阶段，尤其是对于在恶劣环境条件下使用的变频器。这项措施更为重要。其次，专业维修人员必须充分了解其原理、结构和控制方法。另外要有丰富的实际维修经验和扎实的电气理论知识。
2.变频器的应用现状
在实际设备维修中，最常遇到的就是进口变频器。如富士、三星、ABB、AB、西门子等厂商。百特网络广泛应用于大中型企业旧设备的技术改造。究其原因，十几年前国内生产变频器的厂家很少，产品功能简单，性能低，质量差。进口变频器型号多，技术成熟，功能齐全，性能优越，质量高，经久耐用，适合不同的设备拖动要求，因此占据了国内变频器市场的主体部分。在多年的实际使用中，发现进口变频器有一个很大的问题，就是国内大部分代理商和经销商在推广进口变频器时，一般都以国外已经淘汰的机型为主。因为这类产品价格不高，国内企业一般都能接受。此外，国企由于改造资金不足、忽视方案设计、专业审批薄弱等其他原因，在设备的技术改造中自然会选择该型机。所以设备技术改造完成后2-3年，会出现变频器维修配件或整机无法采购的现象。代理商淘汰了这种产品，推销另一种型号。结果，同一个设备改造项目被多个模型控制。如我厂炭素焙烧一、二期改造四台多功能天车变频器，分别采用AB公司AC800-01和AC800-02变频器(两台2002年改造；另外两个是2003年完成的)。另一个例子是，2001年，我们工厂的4台200kW碳净化系统的排烟设备用ABB的ASC600(250kW)进行了改造。运行三年多，两台变频器因缺少备件而停机(因为该型号被淘汰，不再生产，也没有备件供应)。随着经济和科技的快速发展和进步，近年来国内很多厂商都开始了大规模的资金和人力投入到变频器的研发中。目前，国产变频器在控制技术和功能方面取得了显著的进步和成就。然而，由于过去遗留下来的旧观念和旧态度，人们对国产变频器在实际应用中的性能和质量仍有很深的怀疑和偏见，这目前制约了国产变频器的推广和应用。而国产变频器由于价格低廉，维修方便，配件供应及时，正逐渐被国内企业的技术人员认可和接受。3.变频器常见故障及维护对策
目前，在国内大多数企业中，由于维修人员素质、能力、实践经验和设备管理的不足，维修工作主要采用设备部件整体更换的模式。对于设备中变频器的维修，一般是整机报废、更换(或更新)。因此，企业中有大量的二手变频器，每年购买新的变频器需要花费大量的资金来维持实际的设备运行需要。另外，由于使用中的变频器故障频发，从维修人员到管理层普遍认为只有进口机型才能保证高质量低故障。不重视变频器的使用环境和维护保养，各种异常故障都归咎于质量问题。因此，在变频器技术改造完成若干年后，又提出了新的变频器技术改造项目(这种技术改造实际上就是变频器更新换代的工作)，造成了大量资金的浪费，影响了企业生产成本的降低和利润的提高。
3.1变频器故障分类
根据变频器故障或损坏的特点，一般可分为两类；
一种是运行中经常出现的自动停机现象，并伴有一定的故障显示码，其处理措施可按照随机说明书中提供的指导进行处理和解决。这种故障一般是由于变频器运行参数设置不当或外部工作条件和条件不符合变频器运行要求而引起的一种保护动作现象；
另一类是突发故障如高温引起的短路、导电粉尘、绝缘降低或潮湿引起的击穿(严重时会出现打火、爆炸等异常现象)。这种故障发生后，变频器一般会无显示。处理方法是先对变频器进行拆解检查，重点查找损坏部件，根据故障区域进行清洗、测量、更换，然后全面测试，再恢复系统。空加载试运行，观察触发电路输出侧的波形，当六组波形大小相同、相位差相同时再加载运行，即可解决故障。本文主要阐述第二类故障的分析和处理方法。
主电路故障
根据变频器实际故障次数和停机时间统计，主电路故障率占60%以上。操作参数设置不当导致约20%的故障；控制电路板故障占15%；由操作失误和外部异常引起的故障占5%。根据故障程度和处理难度的统计，这种故障必然会导致元器件的损坏和报废。它是变频器维护成本的主要消耗部分。
(1)整流块损坏变频器整流桥损坏也是变频器的常见故障之一。早期生产的变频器整流块主要是二极管整流器，目前部分整流块采用晶闸管整流器(调压调频变频器)。一般中大功率普通变频器的整流模块都是三相全波整流，承担着变频器所有输出电能的整流，容易过热击穿。其损坏后，变频器无法送电，通常会出现熔断等现象，三相输入或输出端子阻值低(正常情况下其阻值达到兆欧以上)或短路。更换整流块时，要求在与热沉的接触面上均匀涂上一层导热性能良好的硅导热膏，然后拧紧螺丝。如果没有同类型的整流块，可以用同容量的其他类型的整流块代替。固定螺丝孔必须重新钻孔、攻丝、安装和接线。比如上世纪80年代中期，西门子生产的一台变频器的7.5kVA整流模块(oval)坏了。因为没有类似的整流块配件，所以换成了Sanken生产的同样容量的矩形整流块。已经运行多年，仍然可以正常使用。
(2)充电电阻容易损坏，导致变频器充电电阻损坏。一般主电路接触器吸不好，会因流动时间过长而烧坏；或者充电电流过大烧坏电阻；或者重负载启动时，主电路上电，同时接通运行信号，使充电电阻既要通过充电电流，又要通过负载逆变电流，容易烧坏。其损伤的特征一般表现为损伤迹象，如燃烧、外壳发黑、爆炸等。也可以根据万用表测得的电阻来判断(不同容量的机器电阻值不同，可以参考同型号的电阻值来确定)。
(3)逆变器模块烧坏。
中小变频器一般采用三组IGTR(大功率晶体管模块)；大容量机型采用多组IGTR并联，测量检查要一组一组进行。IGTR损坏也会导致逆变器OC( pA或pd或pn)的保护功能动作。逆变模块损坏的原因很多，比如输出负载短路；负载过大，大电流持续运行；负载波动大，导致浪涌电流过大；散热风扇效果差；模块温度过高，导致模块烧毁、性能不佳、参数变化等问题，导致变频器输出异常。
比如一台FRN22G11S-4CX变频器，输出电压三相相差106V。拆卸后在线检查逆变器模块(6MBP100RS-120)的外观，未发现异常。测量六路驱动电路时未发现故障。拆下逆变模块后，发现有一组模块无法正常导通，该模块参数变化较大(与另外两组相比)。更换后通电运行正常。又如MF-30K-380变频器启动时DC回路过电压跳闸故障。该逆变器不会在每次启动时因电压过高而跳闸。检查时发现，逆变器通电后(控制面板上没有通电显示信号)，测得的DC电路电压达到500V以上，原因是该型号逆变器的DC电路正极串联了一个SK-25接触器。有合闸信号时，预充电过程后闭合，怀疑预充电电路性能不良。如果预充电电路断开，情况保持不变。用电容计检查滤波电容，发现有故障。更换电容后，逆变器工作正常。
辅助控制电路故障
变频器驱动电路、保护信号检测与处理电路、脉冲产生与信号处理电路等控制电路称为辅助电路。辅助电路故障后，故障原因复杂。除了固化程序丢失或集成块损坏(这种故障处理方法只能采用更换整个控制板或集成块)，其他故障都很容易判断和处理。(1)驱动电路故障
驱动电路用于驱动逆变器IGTR，容易出现故障。一般有明显的损坏迹象，比如器件(电容、电阻、三极管、印制板等。)爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路整体损坏的情况。一般是按照原理图，一步一步的检查、测量、更换、比较每一组驱动电路。或者用另一块正品(新的)驱动板检查，一步步找到故障点。故障排除步骤:首先，清除整块电路板的灰尘和污垢。如果发现印刷电路断路，则修复线路；发现损坏的设备，更换；根据作者的实践经验分析，对可疑元件进行测量、比对和更换，部分元件需要离线测量。驱动电路修好后，要用示波器观察每组驱动电路信号的输出波形。如果三相脉冲大小和相位不相等，说明驱动电路还有一些异常(更换的元器件参数不匹配，也会造成这种现象)，要重复检查处理。大功率晶体管的驱动电路损坏也是造成过流保护功能的原因之一。驱动电路损坏最常见的现象有缺相、三相输出电压不相等、三相电流不平衡等。
(2)开关电源损坏开关电源损坏的一个明显特征是变频器上电后没有显示。比如富士G5S逆变器就采用了两级开关电源。其原理是将主DC电路的DC电压从500V以上降低到300V左右，再经过一级开关降低，电源输出5百特网V、24 V等多路功率，开关电源常见的损坏有开关管击穿、脉冲变压器烧毁、二次输出整流二极管损坏等。滤波电容使用时间过长，导致电容特性改变(容量减小或漏电流大)，稳压能力下降，也容易造成开关电源损坏。富士G9S使用的是开关电源专用的波形发生器芯片，经常被主电路的高电压损坏。由于这种芯片在市场上很难买到，因此很难修复损坏。另外，变频器上电后无显示也是常见的故障现象之一。这类故障的原因大多也是由于开关电源的损坏引起的。比如MF系列逆变器的开关电源采用常见的反激式开关电源控制方式，开关电源输出级短路也会造成开关电源损坏，导致逆变器无显示。
(3)电路故障的反馈和检测。在使用变频器的过程中，经常会出现变频器没有输出的情况。驱动电路和逆变模块损坏可能导致逆变器无输出，输出反馈电路故障也可能导致此类故障。实际中有时变频器有输出频率但无输出电压(实际输出电压很小，可以认为是无输出)。此时应考虑反馈电路是否出现故障。反馈电路中用于降压的反馈电阻是容易失效的元件之一。检测电路损坏也是变频器显示OC( pA或pd或pn)保护功能的原因。由于温度、湿度等环境因素的影响，检测电流的霍尔传感器工作点容易发生漂移，导致OC报警。
总之，变频器的常见故障有过流、过压、欠压、过热保护，都有相应的故障代码。不同的型号有不同的代码，代码的含义可以在随机的使用说明书中找到，可以参考处理措施来解决。过电流经常是由于GTR(或IGBT)功率模块损坏造成的。更换电源模块时，应先检查驱动电路的工作状态，以避免GTR(或IGBT)电源模块因驱动电路损坏而重复损坏。欠压故障的主要原因是快速熔断器或整流模块损坏，电压检测电路损坏。电压检测的采样信号直接从主DC电路采样，经高阻电阻降压，经光耦隔离后送到CPU处理，通过高低电平判断是欠压还是过压。过热关机大多是冷却风扇散热不足造成的。如我厂铝电解车间环境恶劣，高粉尘、高温(夏季车间上层温度高达56℃)、高铝粉尘、氟化氢腐蚀性气体使多功能天车变频器内电路板易积尘，风扇卡死，电子元器件老化快，GTR(或IGBT)模块过热烧坏，经常出现过热保护。尤其是在夏季，这种现象更为频繁，模块烧坏率很高，即使进口机型(如西门子)来解决这一问题，我们也通过增加起重机上使用的变频器的容量，初步降低了变频器的故障率和废品率，但效果并不理想。
4.减少变频器故障和延长其使用寿命的措施。根据实验，运行环境温度每升高10℃，变频器的使用寿命减少一半。因此，在日常使用中，应根据变频器的实际使用环境和负载特性，制定合理的维护周期和制度。每次使用周期结束后，应对变频器进行拆卸、检查、测量等。进行一次全面的维护，使隐患能在早期发现和处理。
4.1做好修理工作。
(1)定期(根据实际环境确定周期间隔)对变频器进行全面检查和维护。必要时，对控制柜内的整流模块、逆变模块和电路板进行拆卸、检查、测量、除尘和紧固。由于变频器的下进风口和上出风口经常因积尘或积尘过多而堵塞，其自身散热较高，需要较大的通风量。所以运行一定时间后，其电路板上有灰尘堆积(由于静电作用)，应进行清洁检查。
(2)经过电路板、汇流条等。修复后，应进行必要的防腐处理，并涂绝缘漆。带有局部放电和电弧的母线应去毛刺并绝缘。必须拆除、碳化或更换绝缘击穿的绝缘柱。
(3)检查并拧紧所有端子，防止因松动而导致严重发热。
(4)应全面检查输入(包括输出)端子、整流模块、逆变模块、DC电容器、快速熔断装置和其他装置，并测量其参数。如发现烧毁的设备或参数变化较大的设备，应及时更换。
(5)经常仔细检查变频器中风扇的转动情况。断电后，用手转动叶片，观察轴承是否卡死或不灵活，必要时更换。
(6)仔细检查控制电路板上的电子元件，检查并处理脱焊、变色、鼓包、开裂、断线(印刷电路板)等异常现象。如有必要，可从电路板上拆焊、测量、检查或更换外观异常的元件。(7)由于变频器的电子元件是考虑到老化引起的容量下降问题而设计的，所以在维修时不必立即更换容量下降小的电容器。实际中，电容容量的降低与变频器的运行环境、负载大小、工作制度等条件有直接关系。恶劣的环境、较大的负载、频繁的开关机等运行条件都会加速DC主电容的老化。此外，在定期维护时，要详细检查主DC电路电容器是否有泄漏，外壳是否有膨胀、鼓泡、变形，安全阀是否打开，并测试电容、泄漏电流(泄漏电流大会使电容器过热，造成安全阀开启，甚至电容器爆炸)、耐压等。容量降低30%以上、泄漏电流超过70mA、耐压低于650V的电容器应及时更换。对于新电容器或长期闲置的电容器，应进行性能测试，满足使用要求后方可更换。
(8)对于整流块、逆变GTR(或IGBT)等载流量较大的装置，应使用万用表、电桥等仪器和工具进行检测和耐压实验，测量其正反向电阻值，并做好表格记录。参数差异大的模块要更换。
(9)检查主接触器和其他辅助继电器，仔细观察每个接触器的动、静触头是否有电弧、毛刺或表面氧化和不平整，如有问题，更换相应的动、静触头，确保其接触安全可靠。
(10)经常检查电源电压的波动程度。改善变频器的使用环境和负载波动，避免大电流对变频器的冲击。
在变频器的应用中，只有满足其设计要求和正常使用的所有条件，才能长期安全稳定地运行。如果是在恶劣的工作环境下使用，就要多注意变频器的日常维护和检修，改善变频器的使用环境和负载波动大的现象。只有这样，才能保证变频器的可靠、稳定、安全性能，达到调速、节约电能、降低维护成本的目的。
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