变频器在国产大型转动天线中的应用

摘要：变频器的结构复杂，由于使用方法不正确或设置不合理，容易造成变频器误动作及发生故障，该文阐述了变频器的工作原理，并对其在国产大型转动天线应用中的应用维护和故障原因进行了分析。

关键词：变频器；维护；测试；故障

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）02-0226-02

国产大型转动天线能够快速灵活的改变发射方向，越来越多的应用于大功率短波发射台，它的高效取决于变频器对旋转电机的有效控制，使用中维护不周将严重影响播音任务。以下将从原理、日常维护和故障分析三方面对变频器进行讲解。

1 变频器的原理

一般，把固定电压和频率的工频交流电转换为电压或频率可变的交流电的装置叫作“变频器”。 变频器首先把电源的交流电转换为直流电，即整流。再把直流电转换为交流电。对于逆变为频率可调、电压可调的装置我们称为变频器。

我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：

n=60 f（1-s）/p （1）

这里 n――异步电动机的转速；

f――异步电动机的频率；

s――电动机转差率；

p――电动机极对数。

由上式可知，转速正比于频率，改变频率即可改变电动机的转速，当频率在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速也随之改变。变频器就是通过控制电动机电源频率来控制其速度的。 变频器由整流模块、电解电容、控制器和逆变器等几部分组成。

整流模块：将工频交流电转换为直流电。

电解电容：将转换后的电能进行存储。

逆变器：由IGBT电子开关，将直流电输出为可变频率的方波。

控制器：控制输出交流电的幅度与脉冲宽度，驱动负载。

2 变频器的维护

我台转动天线使用的是安川H1000型重载高性能变频器，在日常使用中，操作人员必须熟悉变频器的基本原理。在对变频器进行维护之前，要先切断设备电源；并且在变频器显示完全消失半小时后再进行。应注意检查线路，清除灰尘，保证变频器的良好工作状态。

2.1 冷却风扇

变频器的功率模块是发热最严重的器件，要保证及时良好的散热就要保证风扇正常工作。日常工作中要加强巡视，发现风扇故障及时更换。

2.2 滤波电容

滤波电容的作用就是滤除整流后的电压纹波，还能起到整流与逆变器之间去耦作用，消除干扰，还能为电动机提供无功功率，因此要承受极大的脉冲电流，恶劣的使用条件直接影响其容量的大小。因此要定期检测电容量，容量一般不得少于80%。

2.3 接地系统

要提高控制系统灵敏度、抑制噪声，变频器必须正确接地。变频器的接地要和其它设备接地点分开。信号线的屏蔽层，应接至E（G）上，不能接在地端，否则会引起信号波动。变频器与控制柜之间应电气连通。所以对变频器的接地线和屏蔽层也要定期检查，如果接触不良或者脱开，都会导致系统运行不稳定。

2.4 维护和检查时的注意事项

（1） 关闭电源10分钟后才可以开始检查，否则易引起触电。

（2） 维修、检查和部件更换必须先放电。

（3）变频器维修之前，测量其输入和输出电压，检查变频器是否按要求工作。

变频器主要由半导体元件构成，温度、湿度、粉尘和振动等都会对它产生影响而引起其它故障。

3 变频器的测试

3.1 静态测试

1）整流电路的测试

找到整流模块直流输出的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表笔测量P，黑表笔分别测量R、S、T，阻值

2）逆变器的测试

红表笔测量P端，黑表笔分别测量U、V、W，阻值在几十欧，三相测量结果基本一致，反相测量结果∞，再用黑表笔测量N端，红表笔分别测量U、V、W测量值一致，那么逆变模块出现了问题。

3.2 动态测试

静态测试没有问题，再进行动态测试，有几点需要注意：

1）确定输入电压正常再合电；

2）确定各接线端子正确，接线牢固；

3）合闸后查看故障自检，根据显示内容作出判断；

4）自检没有判断出来，首先查看各数据设定是否正确，然后不带负载运行，查看U、V、W三相测量结果，三相值不一样，判断为模块或驱动板等有问题；

5）测量结果正常后，带满负载运行，进行测试。

4 故障分析

4.1 主回路常见故障分析

工作环境温度高，工作电流浪涌大等因素是影响主回路中电解电容使用寿命的主要因素，使用电抗器能消除浪涌对电容的影响。实际维护中，当静电容量减少20%，绝缘阻抗小于五兆欧时，就要更换电容。

4.2 主回路典型故障分析

故障现象：变频器在加速、减速或正常运行电流越限。

分析：①如果故障时电流超限，但是三相电压和电流是平衡的，要看有没有过载等情况。如果负载惯性较大，可以加大变频器的加速时间。

②如果故障时电流没有超限，那就是IPM模块出现了问题。分别测量变频器U、V、W三相端子与P、N端子之间的正反向电阻值，来进行判断。如模块完好，就是驱动电路的问题。

③如果减速时模块电流越限或变频器电流保护，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路有问题

④如果加速时模块电流越限，则是下半桥的模块或其驱动电路有问题

4.3 控制回路故障分析

控制回路中的电容基本不受负载的影响，温度和通电时间是影响其寿命的主要因素。可以通过测量静电容量来判断，也可以依据环境温度和使用时间，来大致判断时都需要更换。

电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和操作面板等供电，其中任意一路电源短路，都会影响其他部分的电源，无论哪一路故障，检查电源电路板基本就可以判断出来。

逻辑控制电路板是逆变器的核心，它包含CPU、单片机、RAM、EEPROM和其他大规模集成电路，可靠性高，故障的概率很小，但有时因为开机让所有控制终端同时闭合，导致逆变器EEPROM故障，只需对EEPROM重置。

IPM包含驱动电路、缓冲电路、过压、缺相等保护电路。PWM信号来自于逻辑控制板，通过光耦合电压驱动信号输入IPM模块，因此检测模快的同时，还应测量IPM模块耦合。

4.4 冷却系统

冷却系统主要包括散热器和冷却风扇。使用寿命较短的是冷却风扇，会出现振动、噪声甚至停止，导致IPM过热变频器跳闸。冷却风扇的轴承寿命大约是10000 ～ 35000 h。持续工作时，更换周期为2 ～ 3年。

4.5 外部的电磁感应干扰

变频器安装在转动天线的筒体内，因此存在干扰源，有可能会引起控制回路误动作，导致控制电路误动作，造成故障或中断。减少干扰的具体方法有：变频器周围所有的控制继电器，接触器线圈，增加预防的吸收冲击电压设备，如RC浪涌吸收器，；尽可能缩短控制电路布线之间的距离，使其与主回路分离；逆变器控制电路布线的距离应该超过15毫米，与主电路保持间距超过10厘米；逆变器和电机的距离较大时（约10米），一方面可以提高导线截面积，确保线路电压降

5 结束语

变频器作为大型转动天线的组成部分，其重要性不言而喻，因此也对变频器的安装、运行、维护提出了很高的要求，了解变频器的原理、测试、维护、故障判断和处理，是安全播音的重要保障。

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