变频器的抗干扰措施及常见故障分析

一、变频器的概述

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、以及过流/过压/过载保护等功能。

变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器加交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。

二、变频器控制回路的抗干扰措施

由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，而其周边控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其他装置产生的干扰，造成变频器自身和周边设备无法正常的工作。因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措施。

1、变频器的基本控制回路

变频器同外部进行信号交流的基本回路有模拟与数字两种：

⑴ 4～20mA电流信号回路（模拟）；1～5V/0～5V电压信号回路（模拟）。

⑵ 开关信号回路，变频器的开停指令、正反转指令等（数字）。

外部控制指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生干扰电势，以控制电缆为媒体入侵变频器。

2、干扰的基本类型及抗干扰措施

⑴ 静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。

措施：加大与干扰源电缆的距离，达到为导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。

⑵ 静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。干扰的大小取决于干扰源电缆产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰电缆与控制电缆间的相对角度。

措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其他动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。

3、变频器的安装注意事项：

由于变频器属于精密的功率电力电子产品，其安装工艺的好坏直接影响着变频器的正常工作。正确的安装可以确保变频器安全和无故障运行。

三、变频器常见故障分析

1.变频器充电启动电路故障

通用变频器一般为电压型，变频器采用交直交工作方式，即是输入为交流电源，经三相整流桥后变为直流电压，然后再经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相交流电输出到负载。当变频器刚上电时，由于直流侧的滤波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个启动电阻来限制充电电流，（常见的变频启动两种电路，如图2所示）。充电完成后，控制电路通过继电器的触点或晶闸管将电阻短路，启动电路故障一般表现为启动电阻烧坏，变频报警显示为直流母线电压故障，一般在设计变频器时，为了减少变频器的体积，启动电阻值选择在10～50Ω，功率为10～50W。当变频器的交流输入电源频繁通断，或者旁路接触器的触点接触不良时，以及旁路晶闸管导通阻值变大时，都会导致启动电阻烧坏。如遇此情况，可购相同规格的电阻更换即可，同时必须找出引起电阻烧坏的原因，才能将变频器投入使用。

2.变频器无故障显示，但不能高速运行

有一家上海机械厂，在变频器控制系统中，变频器状态正常，但不能调到高速运行。经检查，变频器并无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，上电运行时测出变频器直流母线电压只有450V左右，正常值为580～600V，再测输入侧，发现缺了一相，原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的。实际上变频器缺一相输入时，是可以工作的，因多数变频器的母线电压下限为400V，只有当直流母线电压降至400V以下时，变频器才报告直流母线低电压故障。当两相输入时，直流母线压为380×1.2=456>400V。当变频器不运行时，由于滤波电容的作用，直流电压也可达到正常值。由于新型的变频器都是采用PWM控制技术，调压调频的工作在逆变桥完成，虽然在低频段输出缺相时仍可以正常工作，但因为输入电压低使输出电压低，造成异步电机输出转矩低，频率上不去，所以不能高速运行。 3.变频器显示过流故障

出现这种故障显示时，首先检查加速时间参数是否太短，力矩提升参数是否太大，然后检查负载是否太重。如果无这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的霍尔电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象，如果出现的话，很可能是含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能的IPM模块出现故障，一般更换IPM模块即可。

例西门子6SE70通电后显示正常，但启动后，就会显示过电流保护。经详细检查且翻阅变频器使用手册后得知，变频器为过流故障。

逐个检查主回路器件并加电测试没有发现问题，驱动电路和驱动IGBT也正常，三相对地绝缘也没有问题，最后怀疑到电流传感器上有问题，但是换上新的还是显示过流故障，则证明原来的传感器是好的，那问题只能是电流检测放大处理出了问题。重新检查运放LM084放大部分，发现有一个回路输出不正常，则更换LM084后变频器正常运行。

4.变频器显示过压故障

这种故障一般是在雷雨天气出现，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，这时变频器的减速停止属于再制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的滤波电容吸收，这种能量足够大时，就会产生所谓的“泵升现象”。变频器直流侧的电压会超过直流母线的最大电压而跳闸，对于这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。

5.电机发热，变频器显示过载

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。新安装的变频器可能是V/F曲线设置不当或电气参数设置有问题。

如一台新装变频器，其驱动的是一台变频电机，电机额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置为380V/50Hz，由于安装人员没有正确设置变频器的V/F参数，而导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，发热而过载。在使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，没有正确的设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数及设置的变频器载波率过高时，均会导致电机发热过载，另外设计者设计变频器常常在低频段工作，而没有考虑到在低频段工作的电机散热变差的问题，致使电机工作一段时间后发热过载，对于这种情况，需加装散热装置。

结束语：

通过以上分析，我对变频器的应用与所应该注意事项得到更深的认识，学到了更多的变频器的实践应用知识。并且很明确的了解到只有对变频器的干扰问题与常见故障有了深入的认识，并采取相应的处理措施，才能正确使用变频器，才能够减少彼此之间的相互干扰，减少变频器出现故障，才能更大程度的确保生产的正常进行和设备的稳定，达到预期的效果。■