功夫在詩外！“修理高手”也“繳械投降”的變頻器維修知識！

功夫在詩外：故障還是異常？

維修中會碰到一些異�，F(xiàn)象，有的似故障而非故障，有的似非故障而實為故障。其故障成因，教科書中很難查到它們，由于變頻器電路構(gòu)成的特點和現(xiàn)象的特殊性，對一些老師傅也屬于“新領(lǐng)域”，咨詢老師傅也說不出所以然。

一臺微能WIN—G9型75kW變頻器試運行中的奇怪現(xiàn)象——空載電流竟大于額定電流，變頻器究竟是好的還是壞的，該臺維修后的變頻器能投入運行嗎？

起因：一水泥廠用戶送修一臺75kW微能WIN—G9變頻器，故障原因是運行中，變頻器機殼內(nèi)突然跳火冒煙，變頻器停機。檢查，該機器的電源輸入電路為三相半控橋，利用其可控整流原理，對直流主回路儲能電容進行“軟充電”，省去了小功率變頻器常用的充電接觸器。實際上半控橋在這這里相當于無觸點軟充電開關(guān)。檢查發(fā)現(xiàn)，其中一只可控硅模塊的端子有明顯電弧閃絡(luò)燒灼的跡象，但測量并不短路。在拆卸中發(fā)現(xiàn)很輕易便將固定螺帽卸下，閃絡(luò)原因似乎是連接螺絲過松，引起接觸不良所致。該模塊為一只二極管和一只單向晶閘管的組合體。進而檢查控制板和逆變主回路，無異常。將該模塊拆除后，余二相半控橋作為電源輸入，上電后，帶一只2.2kW小功率三相電機試運行，感覺沒有什么問題，換用了一只同型號新模塊后，便到現(xiàn)場進行安裝了。

慎重起見，先將運行頻率調(diào)至5Hz，變頻器負載為一臺風機，先將電機的軸連接器脫開，使電機空載運行。這一試運行，嚇了一跳！頻率在5Hz以下時，空載運行電流為45A，雖感覺稍大，但考慮為可能為電機繞組進行過修復、或變頻器的參數(shù)如起動曲線或轉(zhuǎn)矩補償?shù)冗M行過調(diào)整等原因所造成，未加理會。當升速到10Hz時，變頻器面板顯示電流和用鉗形表測量輸出電流，均達到了100A！且輸出電流的擺動幅度極大，很不穩(wěn)定。但測三相輸出電壓，為70V左右，平衡而穩(wěn)定。將電機連接線脫開，上電測變頻器輸出，輸出頻率10Hz時，輸出電壓為70V，20Hz時為150V，35Hz時為250V，以后隨運行頻率上升，到50Hz時，達到400V。在此過程中，測量三相輸出電壓的平衡度很好。變頻器輸出的U/f曲線符合二次方負載轉(zhuǎn)矩特性沒有問題，輸出電壓平衡和穩(wěn)定，而輸出電流過大和電流劇烈波動，顯然為負載異常所致。這是常規(guī)判斷引出的結(jié)論。

與廠方的的相關(guān)技術(shù)人員一塊探討，試圖找出電機方面和機械方面的原因來。比如電機是否新修好，是否繞組繞制不良；軸承有無磨損，運行不穩(wěn)；連接軸是否有松動及不同心現(xiàn)象；風葉有無變形等�；謴驮�工頻啟動柜的接線，工頻起動電機做對比，逐一排除了上述懷疑，且據(jù)現(xiàn)場觀測，該電機及連接負載狀態(tài)優(yōu)良，幾乎聽不到運行中的電氣和機械噪聲。工頻全速運行下的空載電流僅不足35A，三相平衡，無波動！電機及負載無問題，問題還在變頻器。

那么變頻器的故障部位在哪里呢？有點讓人困惑。是電流檢測不準造成誤輸出嗎？觀察變頻器的操作面板，顯示的電流值與鉗形電流表所測的接近，應(yīng)該是沒有問題的。還是MCU主板有問題，輸出的驅(qū)動波形不對呀？沒有道理呀。全數(shù)字電路怎么會波形不對了呢？

還好，現(xiàn)場離此不遠有另一臺同型號同功率的變頗器，帶的負載也是一樣的，這給對比試驗帶來了極大的方便。廠方急著將機器開起來，也給予了積極的配合。將兩臺變頻器的電流互感器互換，無效；將兩機的MCU主板互換，無效。調(diào)出主回路直流電壓顯示，為550V，電壓采樣電路也無問題。再也琢磨不出故障在哪塊電路。對比機在帶載情況下，10Hz時運行電流為75A，到達35Hz以上時，運行電流才到達100A，比這臺帶空載電機的電流還小呀�？蛰d電流竟然遠遠大過了負載電流，變頻器肯定是有問題。

在試機過程中，偶爾用鉗形電流表測了一下該變頻器的三相輸入電流，更發(fā)現(xiàn)了一個不可思議的現(xiàn)象！該臺變頻器的輸入、輸出電流完全不成比例，有10倍以上的差距！

在輸出40A電流時，輸入電流為幾個安培，幾乎測不出來；在輸出100A電流時，測輸入電流僅為8A以下！這就不符合能量守恒定律了。100A輸出電流從哪里變出來的呢？仿佛一根不漏的水管，進了1方水，而流出來10方水，水管子里面不能變出水來呀。

我們都知道，在一般情況下，變頻器的輸入電流總是要小于輸出電流的。其原因為直流回路的儲能電容產(chǎn)生作用，仿佛在電機端安裝了一臺無功功率補償柜一樣。在變頻器空載或輕載時，由儲能電容提供一部分電流給負載，使變頻器從電網(wǎng)吸取的無功電流減小。而隨著負荷的加大，其輸入電流按比例增加，當投入額定負載后，變頻器輸入電流與輸出電流應(yīng)近于相等了。如輸出40A時，輸入才幾個安培；輸出100A時，輸入電流已達70A；輸出電流達140A時，輸入電流也差不多到達此值了。正常情況下，輸入、輸出電流有差異，在輸出電流幅度較小時，其差異較大，輸出電流較大時，其差異較小。但如上述的極其懸殊的差異，還是第一次碰到。懷疑是不是測量儀表壞掉了。換了表，再測一遍，也還是同上結(jié)果。

咨詢廠家，變頻器廠家技術(shù)人員給予答復：該型號變頻器為最早生產(chǎn)的變頻器，存在空載電流稍大、電流波動的問題，但屬正�，F(xiàn)象不影響使用。帶載后電流會穩(wěn)定下來。最好接入一臺同功率電機試驗一下，是不是電機的問題，或負載的問題。如電機軸承的問題。如電機及負載問題全都排除，只要變頻器輸出三相電壓平衡，輸出電流不超過變頻器額定電流，可以空載或帶載試機。至于輸入、輸出電流的比例問題，因負載情況不一樣，是很難有固定比例的。

想想也是嘛。只要是輸出三相電壓平衡，只要是在不超過額定電流的情況下，可以帶載試驗。變頻器壞不掉。也許是帶載以后，輸出電流便不會有大的波動了。也許就正常了呢。

只好帶載試驗，出現(xiàn)奇跡（讓人大跌眼鏡）：10Hz運行時，在輸出40A電流時，輸入電流僅7個8個安培。30赫茲運行時，輸出電流60A，輸入電流25A；40赫茲運行時，在輸出100A電流時，輸入電流70安培。運行電流小了，波動小了，基本上是穩(wěn)定的。三相電壓和三相電流都是平衡和比較穩(wěn)定的。問題莫名其妙地消失了。

感謝廠家技術(shù)人員的指導，但由于初次碰到這種情況，空載即出現(xiàn)異常電流，不敢升至全速運行。帶載試運行就更不敢了，總以為這是變頻器異常。

變頻器投入運行后，從現(xiàn)場回來，仍在琢磨這個問題。

聯(lián)想起檢修一個發(fā)電站零線電流大的問題，為線路中的諧波分量造成，是諧波電流呀。在空載或輕載運行時，該臺變頻器的輸出線路中，是否也存在著極大的諧波分量呢？測量得出的結(jié)果是不是真的呢？

分析原因為空載時輸出電流中有較大諧波分量造成。諧波電流大可能有以下兩個原因：

1、該變頻器輸出PWM波不夠理想，調(diào)制方式未達到最佳。即在軟件控制思路上未達到優(yōu)化（新型機器肯定已經(jīng)改進了）；

2、當空載時，相當于電源容量與負載容量嚴重不匹配，電源容量遠遠大于變頻器容量，這也是產(chǎn)生諧波電流的一大原因。而帶載運行時，容量匹配情況好轉(zhuǎn)，諧波分量倒被大大削減了。

此兩種原因的合成，導致變頻器的空載電流大過了帶載電流。

功夫在詩外：故障并不怪

奇怪的“故障字符”

用戶送修一臺國產(chǎn)變頻器，是安邦信AMB-G9/P9型22kW的變頻器，依照常規(guī)，先將損壞模塊拆掉，上電檢查驅(qū)動電路是否正常；上電，操作面板顯示OC故障代碼；短接故障信號返回光耦合器后，不再跳OC故障。按操作控制面板RUN鍵時，充電繼電器瞬時斷開（聽到“啪噠”一聲），面板指示燈也同時熄滅，顯示屏在閃爍后，顯示一串在故障代碼表中查不到的一串“故障字符”。懷疑仍有別的故障信號存在，檢測三相輸出電流檢測的信號輸出端，皆為0V，正常。對其它信號，不測繪電路，一時很難找出其來龍去脈。

偶爾斷電再啟動時，發(fā)現(xiàn)上述所謂的“故障字符”竟為開機字符（初次檢修該型機器，未引起注意）！其故障實質(zhì)是：可能開關(guān)電源的負載側(cè)有短路性故障，尤其是驅(qū)動電路，當起動信號投入時，將電源電壓拉至極低，甚而開關(guān)電源會因此而停振，除充電繼電器因吸合電壓不足而釋放外，MCU判斷為重新上電，而顯示開機字符！實際上起動信號的投入造成了一個相當于重新上電開機的過程。

查驅(qū)動回路，驅(qū)動IC后面加有兩只接成推挽形式的兩只功率放大管，用于將驅(qū)動IC輸出的脈沖放大后，再驅(qū)動逆變模塊。其中U相的上、下臂驅(qū)動功放電路，都有一只晶體管因模塊損壞和沖擊而損壞，在無觸發(fā)脈沖到來時，單管擊穿短路形不成對驅(qū)動供電電源的短路。而脈沖信號的到來，好管的“導通”與壞管的“直通”造成了造成了對驅(qū)動電源的瞬時短路，導致開關(guān)電源瞬時停振而斷電，起動信號也因斷電而中斷，驅(qū)動IC后功放對管的短路狀態(tài)，也因斷電而解除。然后開關(guān)電源重新起振，MCU判斷變頻器為重新上電，故操作面板顯示上電字符。

拆除模塊后，便急著上電檢查驅(qū)動電路的好壞，未將電路進行細致的測量與判斷，故在此開機字符上浪費了一定的時間。拆除模塊后應(yīng)先徹底檢查一下，再將驅(qū)動板上電的。

這個故障并不怪，但把開機字符誤當作故障字符就怪了。

報警代碼表中也無的故障字符

安裝新模塊后，先不接直流回路的530V直流電壓，對功率逆變電路先加入24V直流電源進行試驗。起動后，又跳Br Tr FeiLuRe字符，但可以按復位鍵進行復位；若斷開24V電源，仍跳此故障，但不能復位。查說明書故障代碼無有此項，一時不明白故障的起因了。不得已咨詢廠家，回答說是制動回路故障，感覺不對呀。端子外電路未接入制動電阻，測量端子內(nèi)部的制動元件也無短路�？赡苣孀儾糠蛛娫赐５艉�，由控制電源（開關(guān)電源的供電）串入，造成檢測電路返回故障信號。

停掉24V電源后，逆變模塊的P供電端子仍有約6V左右的電壓，也許此電壓再經(jīng)某些環(huán)節(jié)進入故障檢測電路，恰達到Br Tr FeiLuRe的報警電平，或是充當了Br Tr FeiLuRe故障信號。是不是呢？

測6路驅(qū)動電路的負壓和脈沖正壓均正常，因有截止負壓的保障，可以送入直流回路的530V直流供電。保險起見，先將原75A快溶保險換為2A的，直接上電試之，一切正常。

可見：若75A快溶保險斷掉，或模塊內(nèi)部的剎車控制的IGBT短路（有可能引起直流回路的電壓跌落）時，均有可能產(chǎn)生Br Tr FeiLuRe的報警信號。此信號的來源，可能為故障檢測電路檢測到IGBT模塊供電電壓異常低落后，報與MCU的。但將其定義制動回路的故障，一時讓檢修者無法“對號入座”了。

因該“故障”的產(chǎn)生，使采用直流低壓供電檢測逆變電路的這一手段不能實施了。也使維修費了點周折。

遇有此種情況，可在530V供電回路中串燈泡或加接2A熔斷器進行上電試驗。千萬不能直接供530V直流電壓，以免因驅(qū)動電路不良造成模塊的損壞。

功夫在詩外：整流模塊壞得不講道理

通常，逆變模塊的故障率要比整流模塊的故障率高許多。由負載短路和驅(qū)動電路的負壓丟失造成的逆變模塊的損壞是不可避免的，尤其是全速（全壓）輸出下的負載瞬間短路，沒有哪種保護電路能打“包票”，可以保證逆變模塊不被損壞。而整流模塊的損壞機率就要小得多，直流回路的儲能電容突然徹底擊穿短路的情況極為少見，電容的短路有噴液、鼓頂、爆裂等，似乎有一個漸變過程，而整流電路的過電流能力往往要大于逆變模塊。整流模塊的損壞除了抗不住雷擊的入侵，由輸出過流引起的損壞較少，因為逆變電路（負載路）還串有快熔熔斷器，變頻器內(nèi)部的保護電路也會提供及時的停機保護。當然也存在器件本身質(zhì)量缺陷引起損壞，保護電路對此無能為力的極少情況。

變頻器的直流回路和逆變回路無故障，負載電流又在額定電流以下，三相輸入電壓又在額定值以內(nèi)，整流模塊似乎就沒有損壞的理由。

簡單的三相整流電路，在維修上卻碰到難題了。下面以故障實例來進一步說明問題。

故障實例1

在某地安裝了一臺小功率變頻器，先后出現(xiàn)了三次燒毀三相整流橋的故障。變頻器功率為2.2kW，所配電動機為1.1kW，且負載較輕，運行電流約為2A，電源電壓在380V左右，很穩(wěn)定，三相電壓平衡度較好。因而現(xiàn)場看不出什么異常。但先后更換了3臺變頻器，運行時間均不足2個月，檢查都是三相整流橋燒毀，原因何在呢？現(xiàn)場觀測，輸入、輸出電壓、電流情況都正常，屬于輕載運行。到用戶生產(chǎn)現(xiàn)場去找故障原因，徹底解決此事。幾次到現(xiàn)場的安裝人員都反映：這事情有點奇怪。

趕赴現(xiàn)場全面檢查，發(fā)現(xiàn)在同一車間、同一供電線路上還安裝了另兩臺大功率（其中一臺為45kW）變頻器，3臺變頻器既有同時運行、也有不同時起/停的可能。我隱約感到：大功率變頻器的運行與起停，也許就是小功率變頻器損壞的元兇！

原因何在？因變頻器的三相整流電路為非線性元件，而直流回路又接有容量較大的儲能電容，流入兩臺大功率變頻器的的整流電流，是為直流回路電容器充電的非線性浪涌電流，使得電源側(cè)電壓（電流）波型的畸變分量大大增加（相當于在現(xiàn)場安裝了兩臺電容補償柜，因而形成了波蕩的電容投切電流），但對于大功率變頻器而言，由于其內(nèi)部空間較大，輸入電路的絕緣處理易于加強，所以不易造成過電壓擊穿，但小功率變頻器，因內(nèi)部空間較小，絕緣耐壓是個薄弱環(huán)節(jié)，電源側(cè)的浪涌電壓沖擊，便使其在劫難逃了。

另外，相對于電源容量而言，小功率變頻器的功率顯然太不匹配。尤其是當兩臺大功率變頻器停機，只有小功率變頻器運行時，當供電變壓器容量數(shù)倍于變頻器功率容量時，變頻器輸入側(cè)的諧波分量則大為增強，這種能量會使小功率變頻器形成過大的浪涌整流電流，也是危及變頻器內(nèi)三相整流橋的一個不容忽視的因素。

該例故障如果單從變頻器本身做文章，換新整流模塊后，結(jié)局仍然是可以預料的：在變頻器運行中還會出現(xiàn)隨機性損壞。問題的關(guān)鍵是：三相整流橋的損壞，應(yīng)為外在因素引起，不在變頻器電路本身。單純的更換損壞整流模塊，解決不了根本問題。

故障實例2

無獨有偶。某化工廠安裝了數(shù)臺進口變頻器，工作電流和運行狀態(tài)都正常，但也屢次出現(xiàn)炸毀三相整流橋的故障，往往在運行中毫無征兆地就爆裂了。變頻器在跳閘后，再合閘卻合不上，一合就跳，肯定就是變頻器內(nèi)整流橋擊穿了。電工師傅都摸出了這一規(guī)律。電工師傅曾將電機換新試驗，也無效果。將變頻器進行了多次維修和品牌更換，都沒有徹底解決問題。幾年來這種故障一直讓人困惑。據(jù)本人現(xiàn)場勘測和分析：該廠為補償無功功耗，在電控室安裝了數(shù)臺電容補償柜，變頻器距離電控室距離很近。大容量電容器的投、切動作在電網(wǎng)中形成了幅值極高的浪涌電壓和浪涌電流。觀察電容補償柜中的電容進線，并未按常規(guī)要求加裝浪涌抑制電抗器，此電抗器的作用實質(zhì)上不但抑制了進入電容器的浪涌電流，也同時改善了整個電網(wǎng)內(nèi)的電壓波形畸變，對減緩浪涌電流的沖擊有一定作用。

另外，車間電機安裝量比較多，因生產(chǎn)工藝要求，電機起停頻繁，負荷變動較大。由切換負荷引起電網(wǎng)中的浪涌電流，對小功率變頻器內(nèi)的整流模塊也造成了一定沖擊。

當生產(chǎn)線進行了變頻改造后，補償電容的投、切（充、放電）電流、電機起停造成的浪涌沖擊，與變頻器整流造成的諧波電流互相放大，在電網(wǎng)系統(tǒng)中形成了瞬時的動蕩的電壓尖峰與浪涌電流，擊穿變頻器中的整流模塊也就順理成章了。

必須解決整流模塊屢次壞掉的問題了。

上述兩個故障實例其實只是一個問題，即電網(wǎng)電壓波形的畸變形成了電壓尖峰和浪涌電流，使變頻器中的整流模塊不堪其沖擊而損壞，因而處理的措施也很簡單。

如圖所示，在小功率變頻器的電源輸入側(cè)，串入了由XD1電容浪涌抑制線圈（扼流圈）改做的三只“電抗器”；為現(xiàn)場無功功率補償柜中的電容器加裝了XD1電容浪涌電流抑制器。經(jīng)上述處理后，整流模塊不明不白損壞的現(xiàn)象未再出現(xiàn)過。使用效果還是可以的，改造成本是低廉的。且免去了外地加工購料的麻煩，縮短了改造工期。如果處理得再理想一點，為變頻器加裝正宗的輸入電抗器當然是一個更好的舉措，但需要用戶承擔改造費用了。而XD1浪涌電流抑制器，10元左右一只，在變頻器維修完畢后，可順便為用戶備好，以杜絕后患。在實際安裝應(yīng)用中，變頻器產(chǎn)品供應(yīng)商及用戶往往出于降低成本的考慮，省掉了輸入電抗器。但輸入電抗器的配置，確是很有必要的。

檢修變頻器也要配合對現(xiàn)場情況的分析，有時候應(yīng)在變頻器以外下點功夫。否則看似簡單故障有可能會把一個“修理高手”搞得要“繳械投降”了。

圖 為易壞整流模塊的變頻器加裝三相“電抗器”

功夫在詩外：輸出頻率不穩(wěn)的處理

科姆龍變頻器操作面板頻率值波動及誤停機原因與解決措施。

將4臺小功率科姆龍牌KV2000型變頻器安裝于1個控制柜中，采用比例同步調(diào)速控制方式，用于石膏板生產(chǎn)線下料、供水、走帶的同步調(diào)速控制。為了操作與監(jiān)控方便，將變頻器的控制面板安裝在柜體正面，用廠家配套的信號電纜連接起來。

現(xiàn)場調(diào)試中，在運轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)，各臺變頻器的轉(zhuǎn)速顯示值的波動達±30轉(zhuǎn)以上！用戶懷疑轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，變頻器不能正常工作，要求處理。

首先將主電路G端子進行了獨立接地處理，將調(diào)速信號線進行了屏蔽單邊接地處理，轉(zhuǎn)速值波動現(xiàn)象有所改善，但仍未根除。詢問廠家，回答是干擾造成，建議進行接地處理。無效后，廠家也提不出更好的解決方案。在試轉(zhuǎn)中，發(fā)現(xiàn)單臺運轉(zhuǎn)，仍舊有波動。運行的臺數(shù)多，波動就大一些。4臺機器有的波動大一些，有的波動小一些，但畢竟轉(zhuǎn)速值不能穩(wěn)定下來。此一問題終究未能得以徹底解決，但對運轉(zhuǎn)看起來影響不大，也就不了了之了。

后來在另一家石膏板廠安裝了一臺同類設(shè)備，運行幾個月后，用戶反映其中一臺3.7kW供水的變頻器屢有停機現(xiàn)象，發(fā)展到一天內(nèi)停機次數(shù)達十幾次，用戶要求必須現(xiàn)場維修解決。

現(xiàn)場觀察：運行中該變頻器的操作面板上轉(zhuǎn)速顯示值波動較大，三位數(shù)碼都有閃爍現(xiàn)象，F(xiàn)WD指示燈也跟隨閃動：運行中轉(zhuǎn)速值突然降到零值，也可能隨即轉(zhuǎn)速上升，繼續(xù)運轉(zhuǎn)，也可能須重新起動才能運轉(zhuǎn)。有時候停機后顯示F000，無緣無故地進入了參數(shù)設(shè)置狀態(tài)，仿佛有人進行了停機操作和參數(shù)調(diào)整操作，但這個“人”肯定是干擾信號，使變頻器的MCU接收了停機指令或其它操作指令。測3kW電機運行電流僅2.6A，停機時變頻器過壓、欠電壓、過載等故障代碼均不出現(xiàn)，顯然電動機與變頻器都非故障保護停機。將變頻器單機運轉(zhuǎn)，現(xiàn)象依舊；將起/停端子連線、調(diào)速端子連線全部拆除，現(xiàn)象依舊；改用操作面板控制起/停與調(diào)速，現(xiàn)象依舊；換用一臺5.5kW變頻器運轉(zhuǎn)，現(xiàn)象依舊！

判斷為信號干擾造成上述現(xiàn)象：首先也進行了常規(guī)的接地處理；無效后又調(diào)整了變頻器的載波頻率，將其調(diào)整為最低載波頻率2kHz后，略有改善；將操作面板至變頻器的連接電纜包一層錫箔后，停機次數(shù)減少，似有改善；購得直徑適度的磁環(huán)，在連接線的兩端各穿繞2-3匝后，轉(zhuǎn)速顯示值及FWD指示燈的閃爍現(xiàn)象沒有了，轉(zhuǎn)速值不可思議地穩(wěn)定，連1轉(zhuǎn)的波動也沒有了！

干擾是變頻器自身運轉(zhuǎn)后輸出端的載波，經(jīng)由操作面板的連接電纜竄入MCU的I/O口的！干擾程度較輕的，輸入頻率及顯示值有波動現(xiàn)象；干擾程度重的，則出現(xiàn)隨機性停機現(xiàn)象。實踐證明，在信號線上套繞磁環(huán)抑制干擾的效果是最好的。

本例故障出在抗干擾性能不佳上（或是PMW波不夠優(yōu)化），但從變頻器電路本身，無從下手，須從外部采取措施來解決。有時候一個貌似小小的問題，處理起來卻大費周折。變頻器的現(xiàn)場安裝，很少有嚴格按標準來進行的。如在變頻器的輸入端、輸出端均串有電抗器或噪聲濾波器，因而現(xiàn)場運行中產(chǎn)生的種種干擾對維修和使用者提出了更高的要求。維修的內(nèi)容也從維修門頭延伸到了工作現(xiàn)場，或者說，有時候安裝調(diào)試也成為了維修的一個內(nèi)容。

來源：《變頻器電路維修與故障實例分析》咸慶信著

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