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1、变频器控制电路及几种常见故障分析1引言随着变频器在工业消费中日益广泛的应用，理解变频器的构造，主要器件的电气特性和一些常用参数的作用，及其常见故障越来越显示出其重要性。2变频器控制电路给异步电动机供电电压、频率可调的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路，如图1所示。控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进展放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。在图1点划线内，无速度检测电路为开环控制。在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进展控制更准确的闭环控制。1运算电路将外部的速度、转矩等
2、指令同检测电路的电流、电压信号进展比拟运算，决定逆变器的输出电压、频率。2电压、电流检测电路与主回路电位隔离检测电压、电流等。3驱动电路为驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。4I/0输入输出电路为了变频器更好人机交互，变频用具有多种输入信号的输入比方运行、多段速度运行等信号，还有各种内部参数的输出“比方电流、频率、保护动作驱动等信号。5速度检测电路以装在异步电动轴机上的速度检测器TG、PLG等的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。6保护电路检测主电路的电压、电流等，当发生过载或者过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器
3、停顿工作或者抑制电压、电流值。逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，保护功能如下1逆变器保护瞬时过电流保护由于逆变电流负载侧短路等，流过逆变器器件的电流到达异常值超过容许值时，瞬时停顿逆变器运转，切断电流。变流器的输出电流到达异常值，也同样停顿逆变器运转。过载保护逆变器输出电流超过额定值，且持续流通达规定的时间以上，为了防止逆变器器件、电线等损坏要停顿运转。恰当的保护需要反时限特性，采用热继电器或电子热保护使用电子电路。过载是由于负载的GD2惯性过大或者因负载过大使电动机堵转而产生。再生过电压保护采用逆变器是电动机快速减速时，由于再生功率直流电路电压将升高，有时超过
4、容许值。可以采取停顿逆变器运转或者停顿快速减速的方法，防止过电压。瞬时停电保护对于数毫秒以内的瞬时停电，控制电路工作正常。但瞬时停电假如达数10ms以上时，通常不仅控制电路误动作，主电路也不能供电，所以检出后使逆变器停顿运转。接地过电流保护逆变器负载接地时，为了保护逆变器有时要有接地过电流保护功能。但为了确保人身平安，需要装设漏电断路器。冷却风机异常有冷却风机的装置，当风机异常时装置内温度将上升，因此采用风机热继电器或者器件散热片温度传感器，检出异常后停顿逆变器。在温度上升很小对运转无阻碍的场合，可以省略。2异步电机的保护过载保护过载检出装置与逆变器保护共用，但考虑低速运转的过热时，在异步电动
5、机内埋入温度检出器，或利用装在逆变器内的电子热保护来检出过热。动作频繁时，可以考虑减轻电动机负载、增加电动机及逆变器容量等。超额超速保护逆变器的输出频率或异步电动机的速度超过规定值时，停顿逆变器运转。其它保护防止失速过电流急加速时，假如异步电动跟踪缓慢，那么过电流保护电路动作，运转就不能继续进展失速。所以，在负载电流减小之前要进展控制，抑制频率上升或者使频率下降。对于恒速运转中的过电流，有时也进展同样的控制。防止失速再生过电压减速时产生的再生能量使主电路直流电压上升，为了防止再生过电压电路保护动作，在直流电压下降之前要进展控制，抑制频率下降，防止不能运转失速。3变频器控制回路的抗干扰措施由于主
6、回路的非线性进展开关动作，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，极易遭受其它装置产生的干扰，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变频器的根本控制回路同外部进展信号沟通的根本回路有模拟与数字两种：420mA电流信号回路模拟；15V/05V电压信号回路模拟。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根本回路导入变频器，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干扰的根本类型及抗干扰措施。静电耦合干扰：指控制电缆与四周电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电
7、势。措施：加大与干扰源电缆的间隔，到达导体直径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。静电感应干扰：指四周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源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者其它动力电缆别离铺设，别离间隔通常在30cm以上最低为10cm，别离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的道路越短，抗干扰效果越好。电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：同1和2所述。必要时将变频器放入铁箱内进展电波屏蔽，屏
8、蔽用的铁箱要接地。接触不良干扰：指变频器控制电缆的电接点及继电器触点接触不良，电阻发生变化在电缆中产生的干扰。措施：对继电器触点接触不良，采用并联触点或者镀金触点继电器或者选用密封式继电器。对电缆连接点应定期做拧紧加固处理。电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：变频器的控制电源由另外系统供电，在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。接地干扰：指机体接地和信号接地。对于弱电压电流回路及任何不公道的接地均可诱发的各种意想不到的干扰，比方设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。措施：速度给定的控制电缆取1点接地
9、，接地线不作为信号的通路使用。电缆的接地在变频器侧进展，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用，并尽量减少接地端子引接点的电阻，一般不大于100d。3其它考前须知装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机。其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器。控制电缆建议采用1.25mm2或者2mm2屏蔽绞合绝缘电缆。屏蔽电缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要相互连接。4变频器常见故障分析1变频器充电起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，即是输入为沟通电源，沟通电压三相整流桥整流后变为直流电
10、压，然后直流电压经三相桥式逆变电路变换为调压调频的三相沟通电输出到负载。当变频器刚上电时，由于直流侧的平波电容容量非常大，充电电流很大，通常采用一个起动电阻来限制充电电流，常见的变频起动两种电路，如图1所示。充电完成后，控制电路通过继电器的触点或者晶闸管将电阻短路，起动电路故障一般表现为起动电阻烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障，一般设计者在设计变频器的起动电路时，为了减少变频器的体积选择起动电阻，都选择小一些，电阻值在1050，功率为1050W。当变频器的沟通输入电源频繁通时，或旁路接触器的触点接触不良时，以及旁路晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻烧坏。如遇此情况，可购置同规格的电
11、阻换之，同时必须找出引出电阻烧坏的原因。假如故障是由输入侧电源频率开合引起的，必须消除这种现象才能将变频器投入使用；假如故障是由旁路继电器触点或者旁路晶闸管引起，那么必须更换这些器件。2变频器无故障显示，但不能高速运行我厂一台变频器状态正常，但调不到高速运行，经检查，变频器并无故障，参数设置正确，调速输入信号正常，上电运行时测试出现变频器直流母线电压只有450V左右，正常值为580600V，再测输入侧，发现缺了一相，故障原因是输入侧的一个空气开关的一相接触不良造成的，为什么变频器输入缺相不报警仍能在低频段工作呢?实际上变频器缺一相输入时，是可以工作的，多数变频器的母线电压下限为400V，即是当
12、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，直流母线电压为3801.2452V400V。当变频器不运行时，由于平波电容的作用，直流电压也可到达正常值，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，所以在低频段输入缺相仍可以正常工作，但由于输入电压低输出电压低，造成异步电机转矩低，频率上不去。3变频器显示过流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。假如无这些现象，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，假如出现的话，很可能是1PM模块出现故障，由于
13、1PM模块内含有过压过流、欠压、过载、过热、缺相、短路等保护功能，而这些故障信号都是经模块控制引脚的输出Fn引脚传送到微控器的，微控器接收到故障信息后，一方面封闭脉冲输出，另一方面将故障信息显示在面板上，一般更换1PM模块。4变频器显示过压故障变频器出现过压故障，一般是雷雨天气，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，由于这种情况下，变频器的减速停顿属于再生制动，在停顿经过中，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
14、机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，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者增大制动电阻或者增加制动单元；二是将变频器的停顿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假如出现这种故障，就必须检查负载的状况；对于新安装的变频器假如出现这种故障，很可能是V/F曲线设置不当或者电机参数设置有问题，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定变频器的V
15、/F参数，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。所以在新变频器使用以前，必须设置好该参数，另外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，也会导致电机热过载，还有一种情形是设置的变频器载波率过高时，也会导致电机发热过载，最后一种情形是电气设计者设计变频器经常在低频段工作，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，需加装散热装置。5完毕语采用变频器作为异步电动机驱动器，尽管采用先进工艺和器件制造出来的新的可靠性非常高，但是假如使用不当或者偶尔事件也会发生造成变频器的损坏。要想在消费经过中，使用好变频器，熟悉变频器的构造原理，理解常见故障，对技术人员尤为重要。0