变频器在使用中遇到的问题和故障防范

赵鹏

摘要：虽然在现代电子化技术突飞猛进的大背景下，电子元器件的可靠性不断提高，但是不论变频器采用多么先进的工艺水平制造，变频器在充当异步电动机驱动器的角色时候，难免会受到干扰和损坏，尽管其器件的可靠性可能很高，但是在生产过程中不可预知的变换量太多，所以如果工业企业部门想在生产过程中合理应用变频器，避免造成不必要的损失，首先应该让工程技术人员熟知变频器的内部结构和工作原理，同时不断在解决问题中总结经验教训，并采取正确的预防措施。这样既可以提高工作人员的工作效率，又可以保障企业的正常生产，同时避免遭受不必要的损失。

关键词：变频器；使用；问题；故障防范

中图分类号：TN773文献标识码： A

前言：随着我国工业企业自动化的不断发展，变频器应用的范围已深入到各行各业中，变频器施工技术也日趋完善与成熟，其功能也越来越大，使用的可靠性也在不断的提高。变频控制不但能够可以实现其平稳的启动，以及灵活调速，还可提高电气设备控制的精准度度及运行的可靠性，还可通过改变工作的频率，来达到节约能源的有效目的。变频器在使用过程中，也存在一些问题，需要在使用过程中，及时发现及时解决，并在后期的使用中，维修相关人员也要掌握变频器的基本工作工作原理，善于在运行实践中，不断总结使用变频器的经验，使其发生的问题得到妥善解决，并做好对变频器后期的保养工作。

一、变频器的功能及原理

变频器，是指应用其变频技术和微电子技术，然后通过对电机的工作电源频率，来进行相应的改变，实现控制交流电动机的一种电力控制设备，主要包括滤波、制动单元、逆变、整流和检测单元等组成。通过自身内部IGBT的开端，对输出电源的电压和频率进行调整，结合电机的实际需求，提供其所需的电源电压，实现设备的过电流、过电压等过载保护且达到节能、调速目的。变频器的工作原理，是把三相或单相交流电变换为直流电，然后再把直流变换为三相或单相交流电，通过同时改变输出频率与电压，使电机运行曲线平行下移，从而使得电机能够以较小的启动电流，获得大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。变频器的功能主要包括以下几点：

（一）变频节能：变频节能的原理，主要是通过调速，降低电动机的启动电流，从而起到降低能源消耗的目的。但是，变频节能存在相应的前提条件，其一，大功率且为风机/泵类负载；其二，设备自身具备一定的节能功能。

（二）功率因数补偿节能：无功功率的存在，不仅会导致线损的增加，还会使电网有功功率降低，出现严重的能源浪费。而变频器可以通过自身的谐波电容，减少无功消耗，增加电网的有功功率。

（三）软启动节能：使用变频器，可以充分利用其软启动功能，使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长设备和阀门的使用寿命，节约设备的维护费用。

二、外部电磁感应干扰

变频器在工作中如果出现不正常甚至停机，有时候甚至出现变频器不可逆转的损坏，这通常是由于控制回路故障导致，而这种故障通常是由于变频器遭受辐射和电源线干扰所导致，此时应该查看变频器有无干扰源。当然，我们可以通过提高变频器原本的抗干扰能力来抵御外部干扰信号，但是这无疑会增加设备的成本，所以更加明智的方法是在外部消除干扰源，通常的做法是在变频器外部采用噪声抑制设施。外部噪声抑制措施的具体做法可以加装RC 吸收器，这种吸收器的原理是把防止冲击电压的缓冲设备直接安装在继电器和控制器的控制线圈之上。其次应该分离回路的配线和主线，让控制回路的配线尽可能的简短。如果回路很长，可以采用更合理的中继方法，同时应该注意按照规定控制屏蔽线的回路。电焊和动力接地不能和变频器的接地端子混合使用，变频器的接地端应该严格按照规章条例正确接地。最后，我们为了避免干扰信号从电源线处发出，应该把噪声滤波器置于变频器输入端。上诉所说即为通常所说的三步原则，从输出和传送，从传送到接受都不应该受到干扰。

三、变频器使用过程中遇到的问题及相关防范措施

（一）安装环境

在变频器相关规格的书中有很详细的安装使用的环境要求。在其特殊的情况下，若确实不能够满足这些相关要求，就需要尽可能采用有效的抑制措施。振动对其电子器件所造成的机械损伤是其重要的原因之一，对于振动的冲击是很大的场合，可用橡胶等能够避振的措施。如潮湿和腐蚀性的气体，以及尘埃等也会造成其电子器件内部生锈和接触不良，以及绝缘降低，从而形成了短路的现象。因此再其做好防范的措施时，要对控制板做好防腐防尘的处理，可用封闭式的结构。影响其电子器件使用寿命和可靠性的因素主要是温度，特别是在半导体器件使用过程中，更需要按照装置的要求相适应的环境条件，来安装空调，或者能够防止日光直射的防护物。除了上述情况几点外，定期检查好变频器空气滤清器，或冷却风扇等也是非常重要的环节。对于比较特殊的”高寒”场合，为了避免微处理器由于温度过低不能够正常工作，还需要采取设置空间的加热器等相对比较必要的措施。

（二）电源高次谐波

目前的变频器，由于大都采用的是PWM的控制方式，因此这种脉冲调制的形式，使变频器再其运行的时候，在电源侧会产生高次谐波的电流，从而造成电压波形出现畸变，对电源的系统也会产生严重的影响。一般情况下会采用以下几种处理的措施：首先可以采用专用的变压器对其变频器供电，然后与其它的供电系统相分离。其次就是在变频器其输入侧，加装多种整流桥的回路，来降低其高次谐波的分量，对有进相的电容器场合，由于高次谐波的电流会使电容和电流增加，从而造成发热的现象，就需要在电容前，串接好电抗器，来减小谐波的分量，对于电抗器电感应的合理分析来计算，防止形成LC的振荡。最后一点就是，电动机的温度过高或运行的范围。对现有的电机来进行其变频调速的改造时，因为自冷电机低速运行的时候，冷却能力的下降，也会使电机产生过热的现象。另外，由于变频器的输出波形时，其高次谐波也会增加电机铁损与铜损，所以，在确认好电机负载状态与运行的范围后，可以采取相应的措施，比如提高其电机规格的等级、更换其变频专用的电机、限定其运行的范围或避开其低速区等。

（三） 电源异常

电源异常，往往表现为很多种形式，一般情可以分为以下几种：缺相和高低电压，以及停电，有时候还会产生它们混和形式的现象。造成这些异常现象的比较主要的原因，多半是输电线路由于风、雪和雷击所造成的。同时也会在同一个供电系统之内，出现对地短路或者相间短路。而雷击由于地域或季节有很大的差异。除了电压波动之外，一些电网及自行发电的单位，有时也会产生频率波动，同时这些现象在很短的时间内有时会重复出现，为了确保设备能够正常的运行，对变频器的供电电源需要提出相应的要求。假如周围有直接的起动电动机或电磁炉等相关的设备，为了防止这些设备再其投入时，造成的电压降低，需要与变频器的供电系统相分离，来降低相互间的影响。对一些瞬时要求停电之后还需要继续运行的有关场合，除了选择价格合适的变频器之外，还应该预先注意负载电机降速的比例。在变频器与外部的控制回路时，采用瞬停补偿的方式，在电压回复之后，以速度追踪与测速电机来检测，防止在其加速的过程中过电流。对要求需要运行的相关设备，对其变频器进行加装自动的切换不停电的电源相关装置。其中，二极管的输入与使用的单相控制的电源变频器，在缺相的状态，还能够继续工作，但是整流器中，个别的器件电流由于过大，或者电容器脉冲的电流过大时，假如长期运行，就会造成其变频器的使用寿命，以及可靠性等造成不良的影响，因此，需要我们应及时的对其进行检查，并作出相应处理。

（四）雷击与感应雷电

雷击与感应雷电所形成的冲击电压，也有可能能造成其变频器受到损坏。另外，电源系统在一次侧时，带用真空断路器，短路器的开闭，也能够产生很大冲击电压。在变压器的一次侧时，真空断路器在断开时，以耦合的形式在二次侧也会形成较高的电压冲击的尖峰。为了防止因为冲击电压，所造成的过电压遭受损坏的情况时，一般在变频器输入端加入压敏电阻或其它的吸收器件，确保输入的电压，不高于其变频器的主回路期，所限定的最大电压。在使用真空断路器的时候，还要尽可能以冲击的形成，追加RC浪涌型吸收器。当变压器在一次侧，采用真空断路器时，由于在控制工序上，想要确保真空断路器的动作前，就要先将其变频器进行断开。最早的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不易起动，以及过负载的能力低。由于 IGBT 及CPU的快速发展，其变频器的内部需要增加完善的自诊断以及故障防范的功能，大幅度的提高了其变频器的可靠性能。假如使用矢量控制变频器中全领域自动转矩的补偿功能，其中，起动转矩不足和环境条件的变化，所造成的出力下降等故障的原因，会得到相应的解决。此功能是采取利用变频器内部的微型计算机高速的运算，来计算出目前时刻所需要达到的转矩，迅速的对输出的电压修正与补偿，以抵消由于外部条件的变化，所造成变频器的输出转矩的变化。同时，因为其变频器软件的开发会更加的完善，预先在其变频器内部来设置多种故障的防止措施，使故障在化解后，还能够保持其继续运行。另外，变频器再其安装使用过程中，也会对其他的设备产生相应的影响，甚至会导致其他设备出现故障。所以，对于这些影响的因素，来进行分析与探讨，并研究出可以采取的措施，也是非常重要的关键所在。

（五） 振动和噪声

振动，一般是因为电机脉动转矩、机械系统共振所引起的。特别是在脉动转矩和机械共振能够一致的时候，情况会更重。噪声一般包含变频装置的噪声与电动机产生的噪声，对不同安装场所也需要不同处理方式来解决。变频器在其调试的过程中，在确保控制精度时，要尽可能降低脉冲转矩的成分。调试确认好机械的共振点，利用其变频器频率的屏蔽功能，才能使这些共振点，可以排除在其运行的范围之外。变频器所产生的噪声一般是由冷却风扇的机电抗器所产生的，由于选用的低噪声的器件，在电动机和变频器间需合理的设置交流的电抗器，降低由PWM调制方式，所产生的高次谐波。

四、变频器的保养维护的概述

在现场的应用中，变频器一般情况下比较容易受到来自环境条件的影响，比如工作温度和现场的湿度，以及安装位置附近的振动和粉尘，还有就是腐蚀性的气体等，都会使得变频器的基本性能发生不良变化，所以，最好使变频器，安装在有空调或者滤尘网的电控柜之内。如果能够保证变频器，在相对比较好的工作环境之中，进行合理的使用，同时做好日常的保养与维护，就可以有效的延长变频器正常的使用年限，可以大大提高变频器运行的稳定性，从而减少或降低由于突发故障，所造成的停机现象。假如不能合理的进行使用，又不能够做好日常的点检维护，就有可能会造成突发故障频繁的出现，致使变频器不能够正常的运行，严重的话，会加快变频器发生故障的频率，从而造成变频设备遭受破坏，对于人们日常的生活生产，带来不良影响，因此，对变频器要进行定期或不定期的常规点检及维护，或定期对其检查和保养。一般检查事项主要包括以下几个方面：（1）控制柜内的温度，看它是不是正常；（2）变频器的面板上，各指示灯显示的内容是不是正常、有无异常报警的显示；（3）液晶显的示面板上，是不是有频闪或字符的显示太不清楚等状况出现；（4）用测温仪感应变频器及进出线电源端子温度是否正常；（5）用手近距离的感应变频器，散热风扇运转正常与否；（6）有没有警报声或故障报警的代码频繁出现或显示。根据设备的保养规定，需要制定定期设备大中小的维修及保养的计划，检查重点一般应放在变频器，日常运行时不能够进行的有关项目，如端子线的紧固、电路板的除尘除湿和风扇检查等方面。

结束语：

虽然在现代电子技术突飞猛进的大背景下，电子元器件的可靠性不断提高，但是不论变频器采用多么先进的工艺水平制造，变频器在充当异步电动机驱动器的角色时候，难免会受到干扰和损坏，尽管其器件的可靠性可能很高，但是在生产过程中不可预知的变换量太多，所以如果工业企业部门想在生产过程中合理应用变频器，避免造成不必要的损失，首先应该让工程技术人员熟知变频器的内部结构和工作原理，同时不断在解决问题中总结经验教训，并采取正确的预防措施。这样既可以提高工作人员的工作效率，又可以保障企业的正常生产，同时避免遭受不必要的损失。

参考文献：

[1]高华. 变频器使用中应注意的问题及故障处理[J]. 自动化应用,2010,06:26-27+29.

[2]管振欣. 变频器故障原因及预防措施[J]. 中国新技术新产品,2012,08:118.

[3]湖南 黄志屹. 变频器常见故障及实例剖析[N]. 电子报,2014-10-12008.