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弄懂这三大类变频器问题,你也可以成为电气高手!

发布时间:2020-08-14 点击量:331

变频器常见故障原因及对策汇总

一、变频器欠压故障的原因:

1、电源缺相

原因:当变频器电源缺相后,三相整流变成二相整流,在带上负载后,致使整流后的DC电压偏低,造成欠压故障。

对策:检查变频器电源的空开或接触器触点是否接触良好,触点电阻是否太大,输入电压是否正常等。


2、变频器内部直流回路的限流电阻或短路限流电阻的晶闸管损坏

原因:当限流电阻或短路限流电阻的晶闸管损坏时,变频器内部的滤波电容就不能充电,造成欠压故障。

对策:找到电阻或晶闸管损坏的原因(如电机频繁起动,变频器容量小和电机不匹配等),更换限流电阻或晶闸管。


3、同时工作或同时起动的变频器过多

原因:当多台变频器同时起动或工作时,会造成电网电压出现短暂的下降,当电压下降持续时间超过变频器允许的时间(一般变频器都有一个允许压降的最短时间)时,就会造成变频器的欠压故障。

对策:尽量减少同时起动或工作的变频器的台数,变频器输入侧加装AC电抗器,实在不行就增加供电变压器的容量。


4、外界或变频器之间的干扰

原因:外界的干扰或变频器间的互相干扰可能造成变频器检测电子线路非正常工作,导致变频器的误报警。

对策:增强变频器的抗干扰能力,详细见《变频器有效的抗干扰措施》。



二、变频器过电压故障的原因:

1、对于无制动电阻及制动单元的变频调速系统,在停机时可能出现过电压

原因:主要原因是减速时间设定太短,造成停机时电机的转速大于此时的转速。

对策:增加减速时间或加装制动电阻或制动单元。


2、对于有制动电阻及制动单元的变频调速系统,在制动时出现过电压

原因:制动电流设定太大或制动的时间太短,或制动加入的时间过早。

对策:减小制动电流或延长制动时间,降低加入制动时的频率(在频率降到更低时再加入制动)。


3、在变电所或供电线路中投入补偿电容时,导致变频器发生过电压故障

原因:在投入补偿电容时会引起电网出现尖峰电压,导致变频器过电压故障。

对策:在变频器输入侧加装AC电抗器。


4、制动或减速时间过短

原因:当制动或减速时间过短时,电机反馈产生的大量能量会积聚在滤波电容上,从而造成变频器过电压。

对策:在满足控制要求的条件事,适当增加或延长制动时间或减速时间。


5、雷电过电压

原因:当发生雷电时,会造成电网产生高电压,冲击变频器导致过电压故障。

对策:同上,在在变频器输入侧加装AC电抗器,增强变频器抗电压变化的能力。


6、电源过电压

原因:一般变频器输入电压都允许一定程度的过电压,但此允许的过电压持续有一定的时间限制的,当过电压持续一定的时间后,变频器会过电压报警。

对策:变频器DC电压上限值一般设定在电压700V以上,相当于输入AC电源电压500V左右,比380V超过了30%以上,此种情况很少出现。对短时间的电源过电压可以靠加装AC电抗器来预防。


三、变频器过热故障原因:

1、周围环境温度过高

原因:变频器内部是由无数个电子器件构成的,其工作时会产生大量的热量,尤其是IGBT工作在高频状态下,产生的热量会更多。如果环境温度过高,也会导致变频器内部元器件温度过高,为保护变频器内部电路,此时变频器会报温度高故障并停机。

对策:降低变频器所在场所的温度,如可以加装空调或风扇等强制制冷措施。


2、变频器通风不良

原因:如变频器本身的风道堵塞或控制柜的风道被阻塞时,会影响变频器内部的散热,导致变频器过热报警。

对策:定期检修变频器,清除其风道的垃圾,顺畅风道。


3、风扇卡阻或损坏

原因:变频器风扇坏时,大量的热量积聚在变频器内部散不出去。

对策:更换风扇。


4、负载过重

原因:当变频器所带负载过重(小马拉大车)时,会产生过大的电流,产生大量的热量,有时变频器也会过热报警。

对策:减小负载或增加变频器的容量。


四、变频器过电流的原因:

1、电源电压过高


2、变频器输出短路


3、V/F特性电压提升太大

原因:如果V/F电压提升太大,变频器输出频率已经比较高了,而电机转速还比较低(即电机转速的变化滞后于变频器频率的变化),就会造成失速故障,导致变频器过流故障。

对策:低速电压提升要在实际中反复实验,不要设置太大,否则会导致变频器一起动就发生过流故障。


4、载波频率设置太高

原因:当变频器载波频率设置比较高时,开关管的开关速率比较高,发热量增加。此时,变频器抵抗负载电流变化的能力减小,当负载电流增大时,变频器就有可能过流跳闸。因此,当提高变频器的载波频率时,也应当适当降低变频器的负荷电流。

对策:在满足调速要求的前提下,降低变频器的载波频率。


5、起动加速时间太短

原因:变频器输出频率的变化远远超过电机转速的变化(失速),造成过电流故障。

对策:延长变频器的加速时间。


6、负载突然增大

原因:负载突然增大时,电流也会随之增大,当电流超过变频器设定的过电流值时,为保护变频器内部器件,会报“过电流”故障跳闸。

对策:分析负载突变的原因,如有可能,可以适当增大变频器的容量。


7、传动机构的机械惯性过大,电机的容量相对偏小

原因:当传动机械惯性大时,电机容量又偏小,会(尤其在刚开始启动时)出现“小马拉大车”的现象,造成电机电流偏大,导致变频器过流跳闸。

对策:对于大惯性负载,在保证电机和负载匹配的前提下,可适当提高变频器低速启动时的电压提升,延长变频器的加速时间等方法来防止变频器过流故障的发生。


8、到某一特定速度时,突然发生过电流:

(1)干扰引起过电压、过电流

(2)机械共振

9、变频器与电机容量不匹配


10、变频器内整流侧或逆变侧元件损坏。

原因:如断路器和快速熔断器都无反应,很可能是逆变管(IGBT)损坏。变频器内部元件损坏或检测和控制电路故障时,往往表现为变频器一上电就“过电流”跳闸。

对策:更换元件。


11、变频器电源侧缺相、输出断线,电机内部故障及接地故障

对策:检查电源及变频器输出线路,测量电机相间及相对地的绝缘电阻。


12、变频器内部检测电路故障

原因:检测电路损坏导致变频器显示过电流报警,如:检测电流的霍尔传感器由于受温度、湿度等环境因素的影响,工作点容易发生漂移,导致过电流报警。

对策:更换检测元件。


五、变频器控制电机时,电机发生机械振动的原因:

1、机械设备的坚固螺丝松动,改变了原来固有的振荡频率

原因:由于变频器输出中含有很大成份的高次谐波,当机械设备的坚固螺丝松动后,有可能引起机械设备的振动。

对策:坚固螺丝。


2、变频器未设置“回避频率”

原因:一般机械设备自身都有一个固定的振动频率,为此,变频器一般都有一个叫“回避频率”的参数,避开此频率。

对策:根据电机振动时变频器的输出频率来设置“回避频率”。


3、变频器与电机间距离过远

原因:当变频器与电机距离较远时,而载波频率又较高时,电缆与大地间分布电容的影响增大,导致电机发生共振。

对策:加装输出电抗器,降低载波频率。


4、无反馈矢量控制的变频器工作频率太低,当工作频率低于6Hz时,会因运行不够稳定面发生共振


5、变频器三相输出电压不平衡

原因:三相电压不平衡,使定子绕组产生的旋转磁场变成椭圆形,引起转矩不均衡赞成电机发生共振。

对策:变频器三相电压不平衡的原因有多个方面,具体见《变频器不平衡输出浅谈》。


变频器有效的抗干扰措施


在各种工业控制系统中,随着变频器等电力电子装置的广泛使用,系统的电磁干扰(EMI)日益严重,相应的抗干扰设计技术(即电磁兼容EMC)已经变得越来越重要。变频器系统的干扰有时能直接造成系统的硬件损坏,有时虽不能损坏系统的硬件,但常使微处理器的系统程序运行失控,导致控制失灵,从而造成设备和生产事故。因此,如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是自动化装置研制和应用中不可忽视的重要内容,也是计算机控制技术应用和推广的关键之一。谈到变频器的抗干扰问题,首先要了解干扰的来源、传播方式,然后再针对这些干扰采取不同的措施。


一、变频器干扰的来源

首先是来自外部电网的干扰。电网中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电网中存在大量谐波源如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备,非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电网中的电压、电流产生波形畸变,从而对电网中其它设备产生危害的干扰。


变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后若不加处理,电网噪声就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源的干扰对变频器主要有(1)过压、欠压、瞬时掉电(2)浪涌、跌落 (3)尖峰电压脉冲 (4)射频干扰。


1、 晶闸管换流设备对变频器的干扰

当供电网络内有容量较大的晶闸管换流设备时,由于晶闸管总是在每相半周期内的部分时间内导通,容易使网络电压出现凹口,波形严重失真。它使变频器输入侧的整流电路有可能因出现较大的反向回复电压而受到损害,从而导致输入回路击穿而烧毁。


2、 电力补偿电容对变频器的干扰

电力部门对用电单位的功率因数有一定的要求,为此,许多用户都在变电所采用集中电容补偿的方法来提高功率因数。在补偿电容投入或切出的暂态过程中,网络电压有可能出现很高的峰值,其结果是可能使变频器的整流二极管因承受过高的反向电压而击穿。


其次是变频器自身对外部的干扰。变频器的整流桥对电网来说是非线性负载,它所产生的谐波对同一电网的其它电子、电气设备产生谐波干扰。另外变频器的逆变器大多采用PWM技术,当工作于开关模式且作高速切换时,产生大量耦合性噪声。因此变频器对系统内其它的电子、电气设备来说是一电磁干扰源。


变频器的输入和输出电流中,都含有很多高次谐波成分。除了能构成电源无功损耗的较低次谐波外,还有许多频率很高的谐波成分。它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对变频器本身和其它设备的干扰信号。


(1)输入电流的波形 变频器的输入侧是二极管整流和电容滤波电路。显然只有电源的线电压UL大于电容器两端的直流电压UD时,整流桥中才有充电电流。因此,充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近,呈不连续的冲击波形式。它具有很强的高次谐波成分。有关资料表明,输入电流中的5次谐波和7次谐波的谐波分量是最大的,分别是50HZ基波的80%和70%。 


(2)输出电压与电流的波形绝大多数变频器的逆变桥都采用SPWM调制方式,其输出电压为占空比按正弦规律分布的系列矩形式形波;由于电动机定子绕组的电感性质,定子的电流十分接近于正弦波。但其中与载波频率相等的谐波分量仍是较大的。


二、干扰信号的传播方式

变频器能产生功率较大的谐波,由于功率较大,对系统其它设备干扰性较强,其干扰途径与一般电磁干扰途径是一致的,主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。具体为:首先对周围的电子、电气设备产生电磁辐射;其次对直接驱动的电动机产生电磁噪声,使得电机铁耗和铜耗增加;并传导干扰到电源,通过配电网络传导给系统其它设备;最后变频器对相邻的其它线路产生感应耦合,感应出干扰电压或电流。同样,系统内的干扰信号通过相同的途径干扰变频器的正常工作。


(1) 电路耦合方式 即通过电源网络传播。由于输入电流为非正弦波,当变频器的容量较大时,将使网络电压产生畸变,影响其他设备工工作,同时输出端产生的传导干扰使直接驱动的电机铜损、铁损大幅增加,影响了电机的运转特性。显然,这是变频器输入电流干扰信号的主要传播方式。


(2) 感应耦合方式 当变频器的输入电路或输出电路与其他设备的电路挨得很近时,变频器的高次谐波信号将通过感应的方式耦合到其他设备中去。感应的方式又有两种:

a、电磁感应方式,这是电流干扰信号的主要方式;

b、静电感应方式,这是电压干扰信号的主要方式。


(3) 空中幅射方式 即以电磁波方式向空中幅射,这是频率很高的谐波分量的主要传播方式。


三、变频调速系统的抗干扰对策

根据电磁性的基本原理,形成电磁干扰(EMI)须具备三要素:电磁干扰源、电磁干扰途径、对电磁干扰敏感的系统。为防止干扰,可采用硬件抗干扰和软件抗干扰。


其中,硬件抗干扰是应用措施系统最基本和最重要的抗干扰措施,一般从抗和防两方面入手来抑制干扰,其总原则是抑制和消除干扰源、切断干扰对系统的藕合通道、降低系统干扰信号的敏感性。具体措施在工程上可采用隔离、滤波、屏蔽、接地等方法。


1、所谓干扰的隔离,是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使它们不发生电的联系。在变频调速传动系统中,通常是电源和放大器电路之间电源线上采用隔离变压器以免传导干扰,电源隔离变压器可应用噪声隔离变压器。


2、在系统线路中设置滤波器的作用是为了抑制干扰信号从变频器通过电源线传导干扰到电源从电动机。为减少电磁噪声和损耗,在变频器输出侧可设置输出滤波器;为减少对电源干扰,可在变频器输入侧设置输入滤波器。若线路中有敏感电子设备,可在电源线上设置电源噪声滤波器以免传导干扰。


在变频器的输入和输出电路中,除了上述较低的谐波成分外,还有许多频率很高的谐波电流,它们将以各种方式把自己的能量传播出去,形成对其他设备的干扰信号。滤波器就是用于削弱频率较高的谐波分量的主要手段。根据使用位置的不同,可分为:

(1) 输入滤波器 通常又有两种:

    a、 线路滤波器 主要由电感线圈构成。它通过增大线路在高频下的阻抗来削弱频率较高的谐波电流。

    b、 辐射滤波器 主要由高频电容器构成。它将吸收掉频率很高的、具有辐射能量的谐波成分。


(2) 输出滤波器 也由电感线圈构成。它可以有效地削弱输出电流中的高次谐波成分。非但起到抗干扰的作用,且能削弱电动机中由高次谐波谐波电流引起的附加转矩。对于变频器输出端的抗干扰措施,必须注意以下方面:

    a、 频器的输出端不允许接入电容器,以免在逆变管导通(关断)瞬间,产生峰值很大的充电(或放电)电流,损害逆变管;

    b、 输出滤波器由LC电路构成时,滤波器内接入电容器的一侧,必须与电动机侧相接。


3、 屏蔽干扰源是抑制干扰的最有效的方法。通常变频器本身用铁壳屏蔽,不让其电磁干扰泄漏;输出线最好用钢管屏蔽,特别是以外部信号控制变频器时,要求信号线尽可能短(一般为20m以内),且信号线采用双芯屏蔽,并与主电路线(AC380V)及控制线(AC220V)完全分离,决不能放于同一配管或线槽内,周围电子敏感设备线路也要求屏蔽。为使屏蔽有效,屏蔽罩必须可靠接地。


4、正确的接地既可以使系统有效地抑制外来干扰,又能降低设备本身对外界的干扰。在实际应用系统中,由于系统电源零线(中线)、地线(保护接地、系统接地)不分、控制系统屏蔽地(控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地)的混乱连接,大大降低了系统的稳定性和可靠性。


对于变频器,主回路端子PE(E、G)的正确接地是提高变频器抑制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段,因此在实际应用中一定要非常重视。变频器接地导线的截面积一般应不小于2.5mm2,长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接地点分开,不能共地。


5、采用电抗器

在变频器的输入电流中频率较低的谐波分量(5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等所)所占的比重是很高的,它们除了可能干扰其他设备的正常运行之外,还因为它们消耗了大量的无功功率,使线路的功率因数大为下降。在输入电路内串入电抗器是抑制较低谐波电流的有效方法。根据接线位置的不同,主要有以下两种:

(1) 电抗器 串联在电源与变频器的输入侧之间。其主要功能有:

       a、 通过抑制谐波电流,将功率因数提高至(0.75-0.85);

       b、 削弱输入电路中的浪涌电流对变频器的冲击;

       c、 削弱电源电压不平衡的影响。


(2)直流电抗器 串联在整流桥和滤波电容器之间。它的功能比较单一,就是削弱输入电流中的高次谐波成分。但在提高功率因数方面比交流电抗器有效,可达0.95,并具有结构简单、体积小等优点。


6、合理布线

对于通过感应方式传播的干扰信号,可以通过合理布线的方式来削弱。具体方法有:

(1)设备的电源线和信号线应量远离变频器的输入、输出线;

(2) 其他设备的电源线和信号线应避免和变频器的输入、输出线平行;


四、结论

通过对变频器应用过程中干扰的来源和传播途径的分析,提出了解决这些问题的实际对策,随着新技术和新理论不断在变频器上的应用,重视变频器的EMC要求,已成为变频调速传动系统设计、应用必须面对的问题,也是变频器应用和推广的关键之一。


变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。工业现场和社会环境对变频器的要求不断提高,满足实际需要的真正“绿色”变频器也会不久面世。我们相信变频器的EMC问题一定会得到有效解决。


通用变频器选型规范


变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。人们在实践中常将生产机械分为三种类型:恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载。


恒转矩负载:

负载转矩TL与转速n无关,任何转速下TL总保持恒定或基本恒定。例如传送带、搅拌机,挤压机等摩擦类负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。


变频器拖动恒转矩性质的负载时,低速下的转矩要足够大,并且有足够的过载能力。如果需要在低速下稳速运行,应该考虑标准异步电动机的散热能力,避免电动机的温升过高。


恒功率负载:

机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩,大体与转速成反比,这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时,受机械强度的限制,TL不可能无限增大,在低速下转变为恒转矩性质。负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。


电动机在恒磁通调速时,最大容许输出转矩不变,属于恒转矩调速;而在弱磁调速时,最大容许输出转矩与速度成反比,属于恒功率调速。如果电动机的恒转矩和恒功率调速的范围与负载的恒转矩和恒功率范围相一致时,即所谓“匹配”的情况下,电动机的容量和变频器的容量均最小。


风机、泵类负载:

在各种风机、水泵、油泵中,随叶轮的转动,空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度N的2次方成正比。随着转速的减小,转速按转速的2次方减小。这种负载所需的功率与速度的3次方成正比。当所需风量、流量减小时,利用变频器通过调速的方式来调节风量、流量,可以大幅度地节约电能。由于高速时所需功率随转速增长过快,与速度的三次方成正比,所以通常不应使风机、泵类负载超工频运行。