变频器故障分析与检修

【摘 要】本文对变频器使用过程中的常见故障类型进行了分析，探讨了不同类型变频器故障的发生原因，以及相应的检修措施。

【关键词】变频器；故障；检修

我公司使用的变频器种类较多，有国外品牌的，如丹佛斯、松下，有国内品牌的，如爱建、中远、智维。变频器在车间的使用环境比较恶劣，潮湿且粉尘多，夏天时温度过高，使用一段时间后，容易出现过流、短路，严重时发生爆炸。

根据本人的经验和参考有关资料大概可总结如下列表所述的几种情形：

1.故障类型划分

第一，电源故障。即控制电源过低或是过高时所发出的警报。

第二，通讯故障。包括OVERRUN、TIMEOUT等。

第三，系统故障。包括时钟故障、系统参数异常、Watchdog故障等等。

第四，硬件故障。包括脉冲发生器故障、IGBT故障、触发板故障、电源板故障等等。

第五，状态故障。缺相、接地故障、速度偏差过大、过流、过压等等。

2.故障判断

第一，在空载输出电压正常的情况下，带载时显示为过电流或过载，其主要是因为驱动电路老化或是参数的不合理设置，以及模块受损等所导致的。

第二，驱动板与电源启动时显示为过电流，其主要原因在于逆变模块或驱动电路受到损坏。

第三，显示拒绝短路或过电流。其主要原因在于电流检测电路受损，包括运放电路、霍尔元件等等。

第四，显示欠电压或过电压。其主要原因在于输入缺相，电路板受潮以及电路老化等等，其主要处理措施为确定电压检测点和检测电路，并对受损的器件进行及时更换。

第五，上电无显示。其主要原因在于软充电电路损坏或是开关电源损坏，导致直流电路没有直流电通过，例如，操作面板损坏或是启动电阻损坏等，都会发生上述状况。

第六，逆变模块损坏。其主要原因在于驱动电路故障，以及电缆或电机损坏。在驱动电路获得修复以后，在驱动波形测定状态良好的情况下，更坏模块。

第七，整流模块损坏。其主要原因在于电网内部短路或电压不稳等。在确定内部未发生短路问题的情况下，需要立即更换整流桥。

3.故障分析

3.1 变频器出现过流、短路的原因有：

（1）风机不会正常运转，机内的电源遭到了破坏。

（2）如果冲击负载或者传动机构遇到故障，就会导致“卡住”问题，出现在电动机方面，从而突然增大电动机的电流。

（3）有短路问题出现于变频器的输出侧，也是非常重要的一个原因，比如有短路问题存在于输出端到电动机之间的连接线，或者是短路问题存在于电动机内部等等。

（4）逆变管（IGBT）损坏。变频器自身不能够正常的工作，比如有异常出现于逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件的不断交替工作过程中。在工作的过程中，如果导通了一个逆变管，那么将会直通同一个桥臂的上下器件，这样就会导致短路问题出现于直流电压的正负极，从而产生一系列的故障；比如，因为有着过高的温度，或者是逆变器件使用年限过长等等。

（5）如果控制电路或者驱动电路出现了问题，也会导致故障的发生。

（6）升速时过电流 当负载的惯性较大，而升速时间又设定的太短时，意味着在升速过程中，变频器的工作频率上升太快，电动机的同步转速迅速上升，而电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大。

（7）降速中的过电流 当负载的惯性较大，而降速时间设定的太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

（8）输出板附着砂轮灰，电路铜箔腐蚀发生打火。

3.2 表态测试

确定变频器中直流电源的N端或是P端，调整万用表至电阻X10档，红表棒与P连接，黑表棒与T、S、R连接，通常情况下会存在几十欧姆的组织，且较为平衡。再进行相反的操作，即在P端连接黑表棒，T、S、R连接红表棒，此时阻值应接近于无限大。N端连接红表棒，并在此重复上述操作，均应获得相同的阻值。若发生下述情况，则可说明电路发生了故障：第一，三相阻值不平衡，表明整流桥发生故障；第二，P端与红表棒相互连接时，电阻接近无穷大，则可说明发生了启动故障或整流桥故障。

3.3 动态测试

动态测试是在表态测试结束后进行的一种变频器故障测试方法，该测试技术需要注意下述问题：第一，上电前要检测输入电压是否存在错误，将380V电源与220V级的变频器相互连接会发生炸机现象，包括模块、压敏电阻和电容等。第二，对变频器所有接插口的连接情况进行检查，若连接异常或连接口松动则会造成变频器故障，若故障严重还会发生炸机现象。第三，上电后，对故障提示的内容进行检查，从而对故障发生原因和类型进行初步判断。第四，若未提示故障发生原因，则首先对参数设置情况进行检查，复归所有参数后，在不连接电机的空载状况下将变频器启动，并对W、V、U三相输出电压值进行测试。

4.故障检测与排除

（1）风机检测

风机不转一种情况是堵转，风叶及传动轴由于工作时间长，附着了许多砂轮灰和皂化油。另一种情况是+24V电源故障，一般出现这种情况，变频器显示屏也不能显示。如松下2.2KW工件变频器+24V电源电路10K电阻经常出现开路。当然，另一种情况则是风机本身损坏。

（2）在更换电主轴或机床进刀突然加快，输出力矩提升过大，变频器报警，显示OC或OL，出现过流或超负载，这时就要调整变频器的加减速时间和力矩提升参数。

（3）逆变管检测

逆变管IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物。其主要部分与晶体管相同，也有集电极（C）和发射极（E）；驱动部分和场效应晶体管相同，也是绝缘栅结构，且IGBT旁边并联一个反向连接的续流二极管。由于500型指针式万用表10K电阻档黑、红表笔间的直流电压约+11V，此电压可作为IGBT的栅极驱动电源（IGBT的栅极驱动电压正偏压范围为+9V-+17V）。因此，可用500型指针式万用表检测，即检测时可用10K电阻档，拿表笔（黑、红）去触发逆变管的G、E，可使C、E导通。当G、E短路时，则C、E关断。续流二极管用指针或数字万用表都可以检测。注意：逆变管IGBT对于静电非常脆弱，在检测或更换过程中，避免用手去触摸栅极，以免身上的高压静电击穿G、E之间的氧化膜而损坏。如我们经常在中远或智维变频器上更换的IGBT模块BSM100GB120DN2。

（4）驱动电路检测

驱动电路为逆变管栅极提供驱动电压UGE。 对于IGBT来说，栅极、发射极间电压UGE的极限值为+-20V，应用中正偏压UGE=+13.5V～+16.5V，负偏压UGE=-5V～-10V，允许波动率小于10。如果UGE间的电压超过+-20V，则IGBT沟道内介质被击穿而损坏。检测时为避免驱动电路异常再次损坏IGBT，应把熔断器撤掉，采用一个几百欧的电阻（或100W以下白炽灯泡）串在主电路上做假负载；假负载起限流作用，当驱动电路有异常时也不会再损坏IGBT。这样，就可以用示波器观察驱动电压波形是否异常。如驱动电路中的光耦失效、电解电容老化等原因，都会使驱动电路异常。

5.小结

变频器故障现象很多，以上是一些常见的故障现象和检测手段，可供参考。针对南方潮湿及粉尘多的特点，最好能把变频器的控制部分密封隔离出来，做好清洁及散热，就能极大地降低故障率。

参考文献：

[1] 焦彩萍，金钧. 变频调速器常见故障及维修对策[J]. 甘肃科技. 2006（05）

[2] 龙向阳. 浅谈安川VS-676H5变频器跳UNBC故障的查找方法[J]. 科技资讯. 2006（09）