1、引言
隨著(zhù)變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中日益廣泛的應用，了解變頻器的結構，主要器件的電氣特性和一些常用參數的作用及其常見(jiàn)故障對于實(shí)際工作越來(lái)越重要。
2、變頻器控制電路
給異步電動(dòng)機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的網(wǎng)絡(luò )，稱(chēng)為控制回路，控制電路由頻率，電壓的運算電路，主電路的電壓，電流檢測電路，電動(dòng)機的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅動(dòng)電路，以及逆變器和電動(dòng)機的保護電路等組成。無(wú)速度檢測電路為開(kāi)環(huán)控；在控制電路增加了速度檢測電路，即增加速度指令，可以對異步電動(dòng)機的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制。
（1）運算電路將外部的速度，轉矩等指令同檢測電路的電流，電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。
（2）電壓、電流檢測電路為與主回路電位隔離檢測電壓，電流等。
（3）驅動(dòng)電路為驅動(dòng)主電路器件的電路，它與控制電路隔離，控制主電路器件的導通與關(guān)斷。
（4）I/O電路使變頻更好地人機交互，其具有多信號（比如運行多段速度運行等）的輸入，還有各種內部參數（比如電流，頻率，保護動(dòng)作驅動(dòng)等）的輸入。
（5）速度檢測電路將裝在異步電動(dòng)機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號設為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動(dòng)機按指令速度運轉。
（6）保護電路檢測主電路的電壓、電流等。當發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓，電流值。
逆變器控制電路中的保護電路，可分為逆變器保護和異步電動(dòng)機保護兩種，保護功能如下：
（1）逆變器保護
①瞬時(shí)過(guò)電流保護，用于逆變電流負載側短路等，流過(guò)逆變電器回件的電流達到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運轉，切斷電流，變流器的輸出電流達到異常值，也得同樣停止逆變器運轉。
②過(guò)載保護，逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續流通超過(guò)規定時(shí)間，為防止逆變器器件、電線(xiàn)等損壞，要停止運轉，恰當的保護需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或電子熱保護，過(guò)載是由于負載的GD2（慣性）過(guò)大或因負載過(guò)大使電動(dòng)機堵轉而產(chǎn)生。
③再生過(guò)電壓保護，應用逆變器使電動(dòng)機快速減速時(shí)，由于再生功率使直流電路電壓升高，有時(shí)超過(guò)容許值，可以采取停止逆變器運轉或停止快速的方法，防止過(guò)電壓。
④瞬時(shí)停電保護，對于毫秒級內的瞬時(shí)斷電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電如果達數10ms以上時(shí)，通常不僅控制電路誤動(dòng)作，主電路也不供電，所以檢測出后使逆變器停止運轉。
⑤接地過(guò)電流保護，逆變器負載接地時(shí)，為了保護逆變器，要有接地過(guò)電流保護功能。但為了保證人身安全，需要裝設漏電保護斷路器。
⑥冷卻風(fēng)機異常，有冷卻風(fēng)機的裝置，當風(fēng)機異常時(shí)裝置內溫度將上升，因此采用風(fēng)機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢測出異常后停止逆變電器工作。
（2）異步電動(dòng)機的保護
①過(guò)載保護，過(guò)載檢測裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機內埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內的電子熱保護來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作過(guò)頻時(shí)，應考慮減輕電動(dòng)機負荷，增加電動(dòng)機及逆變器的容量等。
②超速保護，逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機的速度超過(guò)規定值時(shí)，停止逆變器運轉。
（3）其他保護
①防止失速過(guò)電流，加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護電路動(dòng)作，運轉就不能繼續進(jìn)行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉中的過(guò)電流，有時(shí)也進(jìn)行同樣的控制。
②防止失速再生過(guò)電壓，減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為防止再生過(guò)電壓電路保護動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止不能運轉（失速）。
3、變頻器控制回路的抗干擾措施
由于主回路的非線(xiàn)性（進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作），
變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量，弱信號回路，極易遭受其他裝置產(chǎn)生的干擾，造成變頻器自身和周邊設備無(wú)法正常工作。因此，變頻器在安裝使用時(shí)，必須對控制回路采取抗干擾措施。
（1）變頻器的基本控制回路
一般而言，同外部進(jìn)行信號交流的基本回籠路有模擬與數字兩種：
①4～20MA電流信號回路（模擬）；1～5V/0～5V電壓信號回路（模擬）。
②開(kāi)關(guān)信號回路，變頻器的開(kāi)停指令，正反轉指令等（數字）。
外部控制，指令信號通過(guò)上述基本回路導入變頻器，同時(shí)干擾源也在其回路上產(chǎn)生干擾電勢，以控制電纜為媒介侵入變頻器。
（2）干擾的基本類(lèi)型及抗干擾措施
①靜電耦合干擾，指控制電纜與周?chē)姎饣芈返撵o電容耦合在電纜中產(chǎn)生的電勢。當加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上時(shí)，干擾程度就會(huì )不太明顯，也可在兩電纜間設置屏敝導體，再將屏蔽導體接地。
②靜電感應干擾，指周?chē)姎饣芈樊a(chǎn)生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。其強度取決于干擾源電纜產(chǎn)生的磁通大小、控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度�？蓪⒖刂齐娎|與主回路電纜或其他動(dòng)力電纜分離鋪設。分離距離通常應在30cm以上（最少不低于10cm）。分離困難時(shí)，將控制電纜穿過(guò)鐵管鋪設，也可將控制導體絞合，絞合間距越小，鋪設的路線(xiàn)越短，抗干擾效果越好。
③電波干擾，指控制電纜成為天線(xiàn)，由外來(lái)電波在電纜中產(chǎn)生電勢�？垢蓴_措施同①②，必要時(shí)將變頻器放入鐵箱內進(jìn)行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱務(wù)必接地。
④接觸不良干擾，指變頻器控制電纜的電接點(diǎn)及繼電器觸點(diǎn)接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產(chǎn)生的干擾，對此，采用并聯(lián)觸點(diǎn)或提高電器件等級來(lái)解決。對于電纜連接點(diǎn)應定期做擰緊加固處理。
⑤接地干擾，指機體接地或信號接地，對于弱電壓，電流回路，任何不合理的接地均可誘發(fā)各種意想不到的干擾，比如設置兩個(gè)以上接地點(diǎn)，接地處會(huì )產(chǎn)生電位差，產(chǎn)生干擾�？蓪⑺俣冉o定的控制電纜取一點(diǎn)接地，接地線(xiàn)不作為信號的通路使用，電纜的接地在變頻器側進(jìn)行，使用專(zhuān)設的接地端子，不與其他接地端子共用。
（3）其他注意事項
①裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動(dòng)機。其控制電纜線(xiàn)路也應避開(kāi)這些漏磁通大的設備。
②弱電壓電流控制電纜不要接近易產(chǎn)生電弧的電器件。
③控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。
④屏蔽電纜的屏蔽要連接到電纜導體同樣長(cháng)。電纜在端子箱中連接時(shí)，屏蔽端子要互相連接。
4、變頻器的常見(jiàn)故障分析
（1）變頻器充電起動(dòng)電路故障，通用變頻器一般為用壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當變頻器剛上電時(shí)，由于直流側的平波電容容量非常大，充電電流很大，通常采用一個(gè)起動(dòng)電阻來(lái)限制充電電流，常見(jiàn)的兩種變頻起動(dòng)電路如圖2所示。充電完成后，控制電路通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)或昌閘管將電阻短路。起動(dòng)電路故障一般表現為起動(dòng)電阻燒壞，變頻器報警顯示為直流線(xiàn)線(xiàn)電壓故障。一般，變頻器的設計時(shí)，為了減小變頻器的體積而選擇較小起動(dòng)電阻，其值多為10—50Ω，功率為10—50W；當變頻器的交流輸入電源頻繁接通，或者旁路觸器的觸點(diǎn)接觸不良時(shí)，都會(huì )導致起動(dòng)電阻燒壞。因此在替換電阻的同時(shí)，必須找出原因，如果故障是由輸入側電源頻率開(kāi)始引起的，必須消除這種現象才能將變頻器投入使用，如果故障只由旁路觸元件引起，則必須更換這些器件。
（2）
變頻器無(wú)故障顯示，卻不能高速運行，經(jīng)檢查變頻器參數設置正確，調速輸入信號正常，經(jīng)上電運行測試，變頻器直流母線(xiàn)電壓只有450V左右（正常應在580V-600V），再測輸入側，發(fā)現缺了一相。故障原因是輸入側的一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)一相接觸不良造成的。造成變頻器輸入缺相不報警，仍能在低頻段工作，是因為多數變頻器的母線(xiàn)電壓下限為400V，只有當母線(xiàn)電壓降至400V以下時(shí)，變頻器才報告故障。而`當兩相輸入時(shí)，直流母線(xiàn)電壓為380V×1.2=452V＞400V。當變頻器不運行時(shí)，由于平波電容的作用，直流電壓也可達到正常值，新型的變頻器都采用PWM控制技術(shù)，調壓調頻的工作在逆變橋完成，所以在低頻段輸入缺相時(shí)仍可以正常工作，但因輸入電壓，輸出電壓低，造成異步電動(dòng)機轉速低頻率上不去。
（3）變頻器顯示過(guò)流，出現這種顯示時(shí)，首先檢查加速時(shí)間參數是否太短，力矩提升參數是否太大，然后檢查負載是否太重。如果沒(méi)有這些現象，可以斷開(kāi)輸出側的電流互感器和直流側的霍爾電流檢測點(diǎn)，復位后運行，看是否出現過(guò)流現象。如果是，很可能是IPM模塊出現故障，因為IPM模塊內含有過(guò)壓過(guò)流，欠壓，過(guò)載、過(guò)熱，缺相、短路等保護功能，而這些故障信號都是經(jīng)模塊控制引腳的輸出Fn引腳傳送到控制器的。微控制器接收到故障信息后，一方面封鎖脈沖輸出，另一方面將故障信息顯示在面板上。應更換IPM模塊。
（4）變頻器顯示過(guò)壓故障，變頻器出現過(guò)壓故障，一般是雷雨天氣，由于雷電串入變頻器的電源中，使變頻器直流側的電壓檢測器動(dòng)作而跳閘，這種情形，通常只需斷開(kāi)變頻器電源1分鐘左右再上電即可，另一種情況是變頻器驅動(dòng)大慣性負載，而出現過(guò)電壓現象。這種情況下，一是將減速時(shí)間參數加長(cháng)或增大制動(dòng)電阻（制動(dòng)單元）；二是將變頻器的停止方式設置為自由停車(chē)方式。
（5）電機發(fā)熱，變頻器顯示過(guò)載，對于已經(jīng)投入運行的變頻器，必須檢查負載狀況，對于新安裝的變頻器出現這種故障，很可能是V/F曲線(xiàn)設置不當或電機參數設置有問(wèn)題，此時(shí)必須正確設置好各種參數，另外，電機在低頻的工作時(shí)散熱性能變差，也會(huì )出現這種情況，這時(shí)就需加裝散熱裝置。
5、結束語(yǔ)
采用變頻器作為異步電動(dòng)機驅動(dòng)器，盡管其可靠性很高，但是如果使用不當或偶然事件，也會(huì )造成變頻器的損壞，要想在生產(chǎn)過(guò)程中，使用好變頻器，熟悉變頻器的結構原理，了解常見(jiàn)故障，對于技術(shù)人員尤為重要。
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