变频器故障分析与处理课程.ppt

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1、变频器故障分析与处理,某公司II套常减压装置配有75KW减底泵电动机2台，工作方式为一用一备。由于生产装置产量提高，1台减底泵已不能满足生产要求，据工艺车间测算也就是差35m3/h（该泵设计流量为50m3/h，输入功率计算值为67KW，扬程200m，转速2950r/min；配电动机型号：YB280S-2,75KW,转速2970r/min），也就是说开1台泵刚好不够。为了不影响生产，只能暂时开2台减底泵运行。,调速：根据工况需要调整设备运行速度，以达到节能、减少磨损、按需生产等目的异步电动机的实际转速：由公式可以看出异步电动机的实际转速小于同步转速。而由公式可以看出，改变f、s和p中任意一个即可

2、改变电动机的转速。,异步电动机的机械特性,电机启动方式,鼠笼电动机启动方式 直接启动 星三角启动 定子串电阻启动 自耦变压器启动 延边三角启动 变频启动 软启动,绕线电机启动方式 逐级切电阻启动 频敏变阻器启动,变频器原理及内部电路,什么是变频器？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。变频器的工作可以分为两个基本过程1、先将三相（或单相）交流电经整流桥整流成直流（交直变换）2、再把直流电“逆变成频率可任意调节的三相（或单相）交流电（直交变换）,一般通用型变频器大致包括以下几个部分(1)整流电路：由VD1VD6组成(2)滤波电路：由C1、C2组成(3)制动

3、电路：由RR、VB组成(4)逆变电路：由V1V6、D1D6组成(5)控制电路：单片机继电器晶闸管等组成,整流与滤波,整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。三相线电压为380V时，整流后峰值为电压537V，平均电压为515V，最高不能超过760V，整流器件一般采用整流二极管或模块；整流桥与滤波电容之间，有Rs为充电（限流）电阻，当变频器刚拉入电源的瞬间，将有一个很大的冲击电流经整流桥流向滤波电容，使整流桥可能因此而受到损坏。如果电容量很大，不会使电源电压瞬间下降而形成对电网的干扰；Ks为短路开关或晶闸管组成的并联电路，充电电阻如长期接在电路内，会影响直流电压UD和变频器输出电压的大小。所以，

4、当UD增大到一定程度时，Ks 接通把Rs 切出电路。Ks 有用晶闸管也有用继电器触点构成；C1和C2应是并联、串联的电容器组，由于C1和C2的电容量不能完全相等（承受电压较高一侧电容器组容易损坏），因此并联一个阻值相等的均压电阻R1和R2，使得 UD1、UD2 电压相等；,制动电路,在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减小频率来实现的。在频率刚减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于枢机惯性的原因，电动机的转速未变，当同步转速低于转子转速时，转子绕组切割磁力线的方向相反了，转子电流的相位几乎改变180度，使电动机牌发电状态，也称为再生制动状态。电动机再生的电能经续流二极管（D1

5、D6）全波整流后反馈到直流电路中，由于直流电路 的电能无法回输给电网，只能由C1和C2吸收，使直流电压升高。过高的直流电压将使变流器件受到损害。因此，直流电压超过一定值时，就要提供一条放电回路。能耗电路由制动电阻RB、和制动单元VB构成，当直流回路电压UD超过规定值时，VB导通，使直流电压通过RB释放能量，降低直流电压。而当UD在正常范围内时VB截止，以避免不必要的能量损失。,逆变电路,逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，根据确定的时间相应功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互相差120的三相交流电压。逆变电路由开关器件V1V6构成

6、，目前大部分使用IGBT管 续流电路由D1D6组成作用是为电动机绕组的无功电流返回提供通道；为再生电能反馈提供通道；为寄生电感在逆变过程中释放能量提供通道。缓冲电路：当逆变管在判断和导通的瞬间，其电压和电流的变化率是很大的，有可能使逆变管受到损伤。因此每个逆变管旁还应接入缓冲电路，以减缓电压和电流的变化率。,控制电路,现代变频器基本采用16位、32位单片机为控制核心，从而实现全数字化控制。变频器是输出电压、频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成：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”。运算电路控制信号放大的“驱动

7、电路”以及变频器和电动机的“保护电路”，控制电源：控制电源为各部分提供05V、010V、024V稳定电压。采样电路：提供控制用的数据给主控电路进行控制运算；将采样值提供给各保护电路与有关的极限值和设定值进行比较，必要时采取跳闸等保护措施。驱动电路：用于驱动各逆变管。其他还有控制面板、外接给定与输入端子、外接输出控制端子。,如何维修变频器,维修的原则：先静后动静是指不通电状态，动是指通电后的工作状态。检修开始时，要先静下来，不要盲目动手，应多问。例如:问清是否违反操作规程、出现故障时的现象、是否更改过内部参数等，根据情况对故障作客观的、大致的分析，再根据变频器显示的故障提示，判断故障部位。检修时

8、，应先仔细阅读变频器说明书，了解其检修注意事项。不要贸然通电，通过眼观、手摸、鼻嗅等先做必要的安全检查，以免引发新的故障。（1）检查快熔FU是否烧断；（2）检查线路板上元件引线间有无碰锡、碰线或细金属落在二线间；（3）检查电容器、整流桥、逆变桥、集成电路等元件有无明显烧坏的痕迹；（4）检查线路板上是否有水滴（尤其在潮湿环境中使用的变频器）；（5）检查线路板上是否有灰尘。,变频器的测量,静态测试测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个

9、接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。测试逆变电路将红表棒接到P端，黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障对于IGBT模块，最简单的测量方法（专业不是这样测量）用指针万用表电阻10k档表棒去触发GwEw（黑笔碰Gw，红笔碰Ew）则P到W可导通。当Gw Ew短路，P到W则关闭，其它各管引脚同理。,动态测试

10、在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点：上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。检查变频器各接播口是否已正确连接，连接是否有松动，连接异常有时可能导致变频器出现故障，严重时会出现炸机等情况。上电后检测故障显示内容，并初步断定故障及原因。如未显示故障，首先检查参数是否有异常，并将参数复归后，进行空载(不接电机)情况下启动变频器，并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负

11、载测试。,变频器的故障与分析,变频器故障分类：根据变频器发生故障或损坏的特征，一般可分为两类；一种是在运行中频繁出现的自动停机现象，并伴随着一定的故障显示代码，其处理措施可根据随机说明书上提供的指导方法，进行处理和解决。这类故障一般是由于变频器运行参数设定不合适，或外部工况、条件不满足变频器使用要求所产生的一种保护动作现象；另一类是由于使用环境恶劣，高温、导电粉尘引起的短路、潮湿引起的绝缘降低或击穿等突发故障（严重时，会出现打火、爆炸等异常现象）。这类故障发生后，一般会使变频器无任何显示，其处理方法是先对变频器解体检查，重点查找损坏件，根据故障发生区，进行清理、测量、更换，然后全面测试，再恢复

12、系统，空载试运行，再加载运行，达到解决故障的目的。,如果从故障部位来看又可分为：主电路故障整流块故障充电电阻逆变器模块故障辅助控制电路故障驱动电路故障开关电源损坏反馈、检测电路故障,主电路故障 根据对变频器实际故障发生次数和停机时间统计，主电路的故障率占60%以上；运 行参数设定不当，导致的故障占20%左右；控制电路板出现的故障占15%；操作失误和外部异常引起的故障占5%。从故障程度和处理困难性统计，此类故障发生必 然造成元器件的损坏和报废。是变频器维修费用的主要消耗部分。,例1,故障现象某变频器系统停电检修上，待检修完毕送电时，发现变频器主控制板PCB上的充电电信号灯不亮，测量变频器无输出电

13、压。,故障检查开始怀疑是PCB板损坏，为此换一块新的上去，开机后故障依旧。检查PCB连接线路，发现其电源是从变频主回路的直流母排上取出的，而直流电压是通过三相整流桥获得的，其主回路如图所示。此变频器内配380/220V三相电源变压器，即R、S、T间的线电压为220V。交流接触器K的220V线圈电压是通过PBC板上的触点（微型继电器KM）控制的。通电后，用万用表直流电压档测量，电容C两端直流电压很低，约4.5V至12V间振荡变化，始终建立不起高的直流电压，而主回路触点K断开其左侧整流电压很高，约为320V。洞察一切触点K上并联的一大功率水泥电阻R，型号为40F68K（68,40W）。将其拆下，测

14、量其阻值已达100K以上，仔细观察该电阻表面发现有多处细长裂纹，判定其已损坏。,故障分析：正常情况下，三相交流电经整流后通过R给C充电。R的参数要选取合适，以获得恰当的电压、电流上升率，否则，可能损坏整流桥电路等。当充电电压达到一定值后，PCB因内部形状电源起动，开始工作，使PCB上的KM吸合，K闭合将R短接，变频器进入正常的整流逆变工作过程，当主回路充电时间常数非常大，而放电回路充电时间常数非常小，使C上的直流电压建立不起来，PCB就不能工作。这样看似PCB问题，实为主回路上的故障。故障处理：市面无此型号大功率电阻，功率最大仅有10W270，为尽快恢复生产，将4只10W270电阻并联后使用，

15、上机送电，则PCB板上的译电信号灯亮，K吸合，变频器输出正常。,例2,逆变器模块烧坏 中、小型变频器现在一般使用三组IGBT；大容量的机种均采用多 组IGBT并联，故测量检查时应分别逐一进行检测。IGBT的损坏也可引起变频器OC 保护功能动作。逆变器模块的损坏原因很多:如输出负载发生 短路；负载过大，大电流持续运行；负载波动很大，导致浪涌电流过大；冷却风 扇效果差，致使模块温度过高，导致模块烧坏、性能变差、参数变化等问题，引 起逆变器输出异常。,例3,一台FRN22G11S-4CX变频器，输出电压三相差为106V，解体在线检查逆变模块（6MBP100RS-120）外观，没发现异常，测量6路驱动

16、电路也没发现故障，将逆变模块拆下测量发现有一组模块不能正常导通该模块参数变化很大（与其它两组比较）更换之后，通电运行正常。,例4,故障现象：一台安川616G5-55KW变频器，刚开始是变频器能通电、有显示，无输出，经拆下前盖检查发现：有一个快熔断了（三相各有一个快熔），维修人员可能是没有经验，也没有检查模块是否有问题，当时没有快熔备件，又一时找不到其他快熔代替，就用一条铜线代替，开机后发出一声巨响。两个模块炸裂，吸收回路坏，驱动板坏并无法维修，需要换新板，造成重大损失！故障分析：快速熔断器作为保护硅整流元件和晶闸管半导体元件之用。而其它类型熔断器不能用作电子元件短路保护，更不用说用铜线代替。当

17、铜线代替作为保险使用发生时短路，铜线动作速度慢，并且烧熔的铜又会喷射到其他地方，而造成更多的元件损坏。故障处理,例5,故障现象：某矿井下一变频器，某日正常停车，再开车时不能正常起动。检查时发现操作面板显示屏显示“OC”（过电流），复位后还是不能起动，显示屏依旧显示“OC”，打开前盖闻到一股焦味。经厂商来人检查发现有一IGBT损坏，换上新的后一切正常。事隔不久，又一台变频器操作面板显示屏又出现“OC”显示，不能使用。厂商来人打开前盖检查发现：输入端整流桥炸裂，IGBT也损坏。在以后近2个月时间内，又间断坏了5次，故障现象同上。故障分析：矿井下温度很大，变频器运行时产生热量，停车后很快冷却。在起、

18、停过程中，变频器就产生了空气热交换，设备内部产生凝露而造成放电短路而损坏器件。故障处理：问题找到了，主要是解决防潮和结露问题，单独建一电气室，并要保持电气室内的干燥和温度，使其波动区间不能太大。,例6,故障现象在一次10KV切换35KV的过程中，工作人员在较短的时间内就完成了停电再起动的操作，变频器内部出现了“扑扑”两声，并伴有烟雾产生，电动机不能运转。故障分析因为有烟雾应该来说变频器内部有元器件损坏，不可以进行在次上电检查，而应该切断变频器输入电源，打开变频器前盖板，待直流端放电完毕后，进行静态检查与测量故障处理,辅助控制电路故障,变频器驱动电路、保护信号检测及处理电路、脉冲发生及信号处理电

19、路等控制电路称为辅助电路。辅助电路发生故障后，其故障原因较为复杂，除固化程序丢失或集成块损坏（这类故障处理方法一般只能采用控制板整块更换或集成块更换）外，其他故障较易判断和处理。,驱动电路故障,驱动电路用于驱动逆变器IGBT，也易发生故障。一般有明显的损坏痕迹，诸如器件（电容、电阻、三极管及印刷板等）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损坏情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级逆向检查、测量、替代、比较等方法；或与另一块正品（新的）驱动板对照检查、逐级寻找故障点。处理故障步骤：首先对整块电路板清灰除污。如发现印刷电路断线，则补线处理；查出损坏器件即更换；根据经验分析，对

20、怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的器件需要离线测定。驱动电路修复后，有条件的还要应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常处（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查、处理。大功率晶体管工作的驱动电路的损坏也是导致过流 保护功能动作的原因之一。驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，或三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。,开关电源损坏,开关电源损坏的一个比较明显的特征就是变频器通电后无显示。如：富士G5S变频 器采用了两级开关电源，其原理是主直流回路的直流电压由500V以上降为300V左 右，然后再经过一级开

21、关降压，电源输出5V，24V等多路电源。开关电源的损坏常见的有开关管击穿，脉冲变压器烧坏，以及次级输出整流二极管损坏，滤波电容使用时间过长，导致电容特性变化（容量降低或漏电电流较大），稳压能力下降，也容易引起开关电源的损坏。富士G9S则使用了一片开关电源专用的波形发生芯片，由于受到主回路高电压的窜入，经常会导致此芯片的损坏，由于此芯片市场很少能买到，引起的损坏较难修复。另外，变频器通电后无显示，也是较常见的故障现象之一，引起这类故障原因，多数也是由于开关电源的损坏所致。如MF系列变频器的开关电源采用的是较常见的反激式开关电源控制方式，开关电源的输出级电路发生短路也会引起开关电源损坏，从而导致变

22、频器无显示。,反馈、检测电路故障,在使用变频器过程中，经常会碰到变频器无输出现象。驱动电路损坏、逆变模块 损坏都有可能引起变频器无输出，此外输出反馈电路出现故障也能引起此类故障现象。有时在实际中遇到变频器有输出频率，没有输出电压（实际输出电压非常小，可认为无输出），这时则应考虑一下是否是反馈电路出现了故障所致。在反馈电路中用于降压的反馈电阻是较容易出现故障的元件之一；检测电路的损坏也是导致变频器显示OC保护功能动作的原因，检测电流的霍尔传感器由于受温度，湿度等环境因素的影响，工作点容易发生飘移，导致OC报警。,例7,故障现象某厂精整区域3#剪切机前辊道，是一组由20台单机单辊组成的辊道，为保证

23、可靠性和生产连续性，该组辊道的奇数序号的电机和偶数序号的电机分别由2台艾默生EV2000-4T0550G变频器控制，2台变频器的输出线分别引入2个电机分配箱，再通过安装在电机分配箱中的相应的电机断路器，使10台奇数序号的电机和10台偶数序号的电机分2组并联运行。控制偶数序号电机的变频器出现故障，使精整区域生产节奏变慢，需迅速排查、处理故障，使生产恢复正常。,故障分析出现故障的变频器操作面板显示的故障代码为E019，且按下复位键无法消除该故障，变频器停止工作;经查故障代码是E019的故障为电流检测电路故障。EV2000-4T0550G变频器的电流检测元件为霍尔元件，霍尔元件安装示意图如附图所示，

24、附图中只画出了变频器的逆变电路部分，通过H1、H2和H3这3个霍尔元件检测变频器的三相输出电流，经相关电路转换成线性电压信号，再经过放大比较电路输入到CPU，CPU根据该信号大小判断变频器是否过电流，如果输出电流超过保护设定值，则故障封锁保护电路作，封锁IGBT脉冲信号，实现变频器的过流保护功能。,一般说来，变频器会由于控制板连线或插件松动、电流检测元件损坏和电流检测放大比较电路异常导致电流检测电路故障，第一种情况需检查控制板连线或插件有无松动;第二种情况需更换或处理电流检测元件;第三种情况为电流检测IC芯片或IC芯片工作电源异常，可通过更换IC芯片或修复变频器辅助电源解决。切断变频器输入电源

25、，打开变频器前盖板，待直流端放电完毕后，检查控制板连线和插件，均无松动和异常现象。进一步检查霍尔元件是否损坏，EV2000-4T0550G变频器的霍尔元件连线为插头插座结构，首先拔掉H3上的插头，重新送电后，操作面板显示E019;再次停电，待放电完毕后，拔掉H2上的插头，送电后，操作面板仍显示E019;重新停电，待放电完毕后，拔掉H1上的插头，分别插上H2、H3上的插头，操作面板上的故障显示消失，显示正常，说明电流检测电路故障排除。,故障处理由于采用的v/fc控制方式，是一种开环控制方式，电流检测线路主要完成电流检测、电流显示和过流保护功能，而不真正参与控制，所以，拔掉已损坏的霍尔元件H1上的

26、插头，变频器仍能恢复正常工作，只是在原线路不变的情况下，利用H2和H3两个霍尔元件进行电流检测，变频器显示的电流值比利用三个霍尔元件进行电流检测时显示的电流值小。需要注意的是:在变频器重新投入使用后，须尽快更换缺损的霍尔元件。,例8,故障现象某厂高压聚乙烯装置一台变频器（2800KVA）调速的挤压机电动机（1400KW）转速突然从正常运行的900r/min左右降到10r/min（变频器设定的最低转速）左右，变频器柜面没有任何故障指示。调节现场速度设定，电动机转速没有变化，将速度设定转到控制柜上，用控制柜上的速度调节电动机转速，电动机转速依然不变。打开变频器柜门检查，变频器运行信号正常，再仔细检

27、查，发现在运行测速板A通道灯未亮。,故障分析维修人员停掉变频器，拆下变频器编码器。该编码器的型号为1414401/1024，工作电压为1130V。用示波器对编码器进行波形检查，发现编码器A通道波形异常，如图所示。表现为：信号很正常弱，只有V左右。编码器工作电压为24V，波形正常幅值应为24V左右；A通道波形与B通道波形在相位上相差180（即反相）。正常波形如图所示，A波形与B波形相差90。因此，检修售货员初步判断是编码器损坏，导致变频器速度闭环无法正常工作，只能维持在设定的最低转速上运行。,例9,故障现象:某变频器，在运行中突然发生跳闸现象，操作人员立即进行复位，并使变频器再次运行，大约运行5

28、min以后，又发生跳闸，复位，运行多次，触摸面板均显示为FL代码。故障分析:由于触摸面板均显示为FL代码，显然是主器件自保护工作了，主器件自保护诊断内容为短路、接地、过电流、散热器过热等。因此，我们用兆欧表对负载侧进行检测，未有短路、接地现象。检查机组运转声音、振动均正常，并且运转灵活，无卡滞现象。在工艺条件不变的情况下，不会造成超载，因此，过电流亦不可能。排队上述故障后，余下可能是过热故障。仔细检查内部冷却风扇，发现顶部一只冷却风扇已不在运转。检查时要特别留心，由于底部冷却风扇在运行，顶部风扇也有可能被风带动，因而顶部风扇的运转情况要仔细分析检查。故障处理:问题找到了，可是没有备件，风扇不能

29、马上修复，只好临时用其他排风设备在外部代用。,例10,故障现象：一台FRN7.5G9S4型恒压供水系统变频器在起动时电动机没有反应，变频器LED无故障代码显示。此台变频器安装在控制室内，变频器与电动机相距60m，变频器利用外部端子控制起停，FRN7.5G9S4型变频器起动按钮自身无保护功能，变频器接线如图,故障分析：这种故障首先考虑是变频器本身问题还是外部故障。在控制室卸下变频器前面板，将正向运转和停止指令端子FWD与CM短接，将功能码01由1（基于外部信号FWD，REV端子的运转指令）更改为0（用触摸面板RUN键STOP键输入运转指令），此时按下RUN键电动机运转，恒压供水系统正常。初步认为

30、可能是外部起动按钮接触不良所致。断开断路器QF，打开按钮，检查发现按钮接触良好，再进一步检查线路、接触器、触点均完好。看来该变频器端子与接口电路可能有问题。通过仔细阅读该变频器使用说明书：FWD与CM通为正转指令，断则为停止指令，而REV与CM通为反转指令，断为停止指令。考虑到水泵为单向负载，只有一个运转方向，可否用反转指令让电动机转进来，再调节电动机电源相序，使电动机保持原有的方向运转。将变频器输出线拆除，使用REV与CM反转指令，空试变频器，合QF，变频器通电，一切正常，按下SB1，接触器KM工作，测量变频器输出正常。故障处理：断QF，接上负载，只把FWD上的控制线转接到REV上，同时原负载相序调整一下，不花一分费用解决生产实际问题。,