變頻器調試與保養

1 引言

　　進(jìn)入21世紀來(lái)，隨著(zhù)國內變頻調速技術(shù)的不斷成熟和提高，變頻器由于調速范圍寬、精度高、穩定性高、電機調速特性硬、節能效果顯著(zhù)等特點(diǎn)，已取代了傳統的直流調速及液力耦合、液阻和電磁等調速成設備，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。其中變頻器的安裝、調試、維護以及故障處理問(wèn)題，困擾了許多變頻器代理商、電氣工程師、直接用戶(hù)。為了便于讀者理解和具有可操作性，結合本人的工作實(shí)踐，以某品牌變頻器為例，對變頻器及其電動(dòng)機系統的安裝與調試、故障分析與處理、保養與維護等積累的經(jīng)驗與同行分享。

2 變頻器的調試及注意事項

　　2.1調試前的注意事項

　?。?） 掌握和熟悉面板操作鍵

　　變頻器都有操作面板，品牌不同，功能大同小異。舉例變頻器操作面板由四位led數碼管監視器、發(fā)光二板管指示燈、操作按鍵組成。如圖1所示。

　　操作按鍵有：運行鍵（run）、停止/復位鍵（stop/reset）、編程鍵（prg）、退出鍵（esc）、多功能鍵（m）、移位鍵（》》）、正反轉鍵（fwd/rev）等七個(gè)鍵，以及一個(gè)電位器旋鈕組成。在開(kāi)始調試前，現場(chǎng)人員首先要結合操作手冊，掌握和熟悉變頻器操作面板各功能鍵的作用。

　?。?） 通電前檢查

　　變頻器調試前首先要認真閱讀產(chǎn)品技術(shù)手冊，特別要看是否有新的內容增加和注意事項；

　　對照技術(shù)手冊，檢查它的輸入、輸出端是否符合技術(shù)手冊要求；

　　檢查接線(xiàn)是否正確和緊固，絕對不能接錯與互相接反；

　　屏蔽線(xiàn)的屏蔽部分是否按照技術(shù)手冊規定的那樣正確連接。

　?。?） 通電檢查與調試

　　變頻器在斷電檢查無(wú)誤的基礎上，確立變頻器通電檢查和調試的內容、步驟。應采取 的基本步驟有：

　　帶電源空載測試；

　　帶電機空載運行；

　　帶負載試運行；

　　與上位機聯(lián)機統調等。

　　2.2 接電源空載試運行

　　接入三相交流電源后，先按點(diǎn)動(dòng)鍵（m）試運行，再按運行鍵（run）運行變頻器到50hz，用萬(wàn)用表測量變頻器的三相輸出（u/t1、v/t2、w/t3），相電壓應平衡（370v～420v）；測量直流母線(xiàn)電壓應在（500v～600v）。然后按停止鍵（stop/reset），待頻率降到0hz時(shí)，再接上電機線(xiàn)。

　　2.3 帶負載試運行

　?。?） 設置電機的極數、額定功率、額定轉速、額定電流，要綜合考慮變頻器的工作電流；

　?。?） 選擇參數自整定功能的執行方式

　　靜止參數自整定，在電機不能脫開(kāi)負載的情況下進(jìn)行參數自整定；

　　旋轉參數自整定，在電機可脫開(kāi)負載的情況下進(jìn)行參數自整定；

　　注：?jiǎn)?dòng)參數自整定時(shí)，請確保電機處于靜止狀態(tài)，自整定過(guò)程中若出現過(guò)流過(guò)壓故障，可適當延長(cháng)加減速時(shí)間。

　?。?） 設定變頻器的上限輸出頻率、下限輸出頻率、基頻、設置轉矩特性；

　?。?） 將變頻器設置為自帶的鍵盤(pán)操作模式，按手動(dòng)鍵、運行鍵、停止鍵，觀(guān)察電機是否反轉，是否能正常地啟動(dòng)、停止；

　?。?） 熟悉變頻器發(fā)生故障時(shí)的保護代碼，觀(guān)察熱保護繼電器的出廠(chǎng)值，觀(guān)察過(guò)載保護的設定值，需要時(shí)可以進(jìn)行修改。

　　2.4 系統調試

　?。?）手動(dòng)操作變頻器面板的運行、停止鍵，觀(guān)察電機運行、停止過(guò)程以及變頻器的顯示窗口，看是否有異?，F象。如果有現象，相應的改變預定參數后再運行；

　?。?）如果啟動(dòng)、停止電機過(guò)程中變頻器出現過(guò)流保護動(dòng)作，應重新設定加速、減速時(shí)間。電機在加、減速時(shí)的加速度取決于加速轉矩，而變頻器在啟、制動(dòng)過(guò)程中的頻率變化率是用戶(hù)設定的。若電機轉動(dòng)慣量或電機負載變化，按預先設定的頻率變化率升速或減速時(shí)，有可能出現加速轉矩不夠，從而造成電機失速，即電機轉速與變頻器輸出頻率不協(xié)調，從而造成過(guò)電流或過(guò)電壓。因此，需要根據電機轉動(dòng)慣量和負載合理設定加、減速時(shí)間，使變頻器的頻率變化率能與電機轉速變化率相協(xié)調。

　　檢查此項設定是否合理的方法是先按經(jīng)驗選定加、減速時(shí)間進(jìn)行設定，若在啟動(dòng)過(guò)程中出現過(guò)流，則可適當延長(cháng)加速時(shí)間；若在制動(dòng)過(guò)程中出現過(guò)流，則適當延長(cháng)減速時(shí)間。另一方面，加、減速時(shí)間不宜設定太長(cháng)，時(shí)間太長(cháng)將影響生產(chǎn)效率，特別是頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的場(chǎng)合。

　?。?）如果變頻器在限定的時(shí)間內仍然保護，應改變啟動(dòng)/停止的運行曲線(xiàn)，從直線(xiàn)改為s形、u形線(xiàn)或反s形、反u形線(xiàn)。電機負載慣性較大時(shí)，應該采用更長(cháng)的啟動(dòng)停止時(shí)間，并且根據其負載特性設置運行曲線(xiàn)類(lèi)型。

　?。?）如果變頻器仍然存在運行故障，應嘗試增大電流限定的保護值，但是不能取消保護，應留有至少5%-10%的保護余量，此功能對速度或負載急劇變化的場(chǎng)合尤其適用。

　?。?） 如果變頻器帶動(dòng)電機在啟動(dòng)過(guò)程中達不到預設速度，可能有兩種情況：

　　系統發(fā)生機電共振，可以從電機運轉的聲音進(jìn)行判斷。采用設置頻率跳躍值的方法，可以避開(kāi)共振點(diǎn)。一般變頻器能設定三級跳躍點(diǎn)。v/f控制的變頻器驅動(dòng)異步電機時(shí)，在某些頻率段，電機的電流、轉速會(huì )發(fā)生振蕩，嚴重時(shí)系統無(wú)法運行，甚至在加速過(guò)程中出現過(guò)電流保護使得電機不能正常啟動(dòng)，在電機輕載或轉動(dòng)慣量較小時(shí)更為嚴重。普通變頻器均備有頻率跨跳功能，用戶(hù)可以根據系統出現振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線(xiàn)上設置跨跳點(diǎn)及跨跳寬度。當電機加速時(shí)可以自動(dòng)跳過(guò)這些頻率段，保證系統能夠正常運行。

　　電機的轉矩輸出能力不夠，不同品牌的變頻器出廠(chǎng)參數設置不同，在相同的條件下，帶載能力不同，也可能因變頻器控制方法不同，造成電機的帶載能力不同；或因系統的輸出效率不同，造成帶載能力會(huì )有所差異。對于這種情況，可以增大轉矩提升值。如果達不到，可用手動(dòng)轉矩提升功能，不要設定過(guò)大，電機這時(shí)的溫升會(huì )增加。如果仍然不行，應改用新的控制方法，比如采用v/f比值恒定的方法，啟動(dòng)達不到要求時(shí)，改用無(wú)速度傳感器矢量控制方法，它具有更大的轉矩輸出能力。對于風(fēng)機和泵類(lèi)負載，應減少轉矩的曲線(xiàn)值。

　　2.5變頻器與上位機進(jìn)行系統調試

　　在自動(dòng)化系統中，變頻器與上位機串行通訊的應用越來(lái)越廣泛，通過(guò)與遠程控制系統的連接，可以實(shí)現：

　?。?） 變頻器控制參數的調整；

　?。?） 變頻器的控制及監控；

　?。?） 變頻器的故障管理及其故障后重新起動(dòng)。

　　因而，許多用戶(hù)在選擇變頻器時(shí)，對變頻器的通訊功能提出了更多嚴格的要求，需要變頻器與上位機控制系統、plc控制器、文本顯示器人機界面和觸摸屏人機界面等設備實(shí)現快速準確的數據交換，以保證控制系統功能的完整。

　　2.6 進(jìn)行系統調試的注意事項

　?。?）在手動(dòng)的基本設定完成后，如果系統中有上位機，將變頻器的控制線(xiàn)直接與上位機控制線(xiàn)相連，要考慮并將變頻器的操作模式改為上位機運行命令給定。根據上位機系統的需要，調定變頻器接收頻率信號端子的量程0-5v或0-10v，以及變頻器對模擬頻率信號采樣的響應速度。如果需要另外的監視表頭，應選擇模擬輸出的監視量，并調整變頻器輸出監視量端子的量程。

　?。?） 變頻器與上位機聯(lián)機調試時(shí)可能會(huì )遇到的問(wèn)題

　　上位機給出控制信號后，變頻器不執行或不接收指令；

　　上位機給出控制信號后，變頻器能執行指令但有誤差或不精確。

　　原因：有的上位機（如plc）一般輸出的是24v的直流信號，而變頻器的主控板端子只接收無(wú)源信號，如果直接從plc端子放線(xiàn)到變頻器的主控板端子，變頻器是不會(huì )有動(dòng)作的，這時(shí)應考慮外加24v直流繼電器，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號到變頻器的主控板端子，同時(shí)也能提高抗干擾能力。同時(shí)檢查變頻器的支持協(xié)議與接口方式是否正確。

　　以上是變頻器-交流電動(dòng)機v/f控制模式的基本調試過(guò)程。系統能否安全可靠運行，變頻器及帶載的整個(gè)安裝調試過(guò)程十分重要。這里要特別提醒的是，首先要認真閱讀產(chǎn)品技術(shù)手冊，對照手冊一一檢查變頻器的硬結構，掌握其特點(diǎn)，然后按以上建議的步驟，分步調試。

3 變頻器的保養和維護

　　由于變頻器使用環(huán)境的變化，如溫度、濕度、煙霧等的影響，以及變頻器內部元器件的老化等因素，可能會(huì )導致變頻器發(fā)生各種故障。因此，在存貯、使用過(guò)程中必須對變頻器進(jìn)行日常檢查；為了降低故障發(fā)生率，延長(cháng)變頻器使用壽命，需要對變頻器進(jìn)行定期保養與維護。

　　3.1 日常維護

　　系統正常開(kāi)啟時(shí)，要特別注意有無(wú)異常情況，具體如下：

　?。?） 電機是否有異常聲音及振動(dòng)；

　?。?） 變頻器及電機發(fā)熱無(wú)異常，無(wú)燒焦氣味；

　?。?） 工作環(huán)境溫度是否良好；

　?。?） 負載電流表是否與往常值一樣；

　?。?） 變頻器的輸入電流、輸入電壓在正常工作允許范圍內。

　?。?） 變頻器的輸出電流、輸出電壓在額定值范圍內，（允許電流短時(shí)過(guò)載）。

　?。?） 變頻器的冷卻風(fēng)扇是否正常運轉，無(wú)污垢、棉絮堵塞風(fēng)道。

　　3.2 定期維護

　　變頻器要定期檢查和保養。變頻器檢查時(shí)，一定要切斷電源，待監視器無(wú)顯示及主電路電源指示燈熄滅后，才能進(jìn)行檢查。根據經(jīng)驗，需定期檢查的項目、內容和對策如下表1所示。

　　3.3絕緣測試

　　變頻器出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)絕緣測試工，一般情況盡可能不要再進(jìn)行絕緣測試工，如必須測試，應嚴格按以下步驟進(jìn)行，否則可能造成變頻器損壞。

　　斷開(kāi)所有控制板電路的連接線(xiàn)，以防止試驗電壓接入控制電路損壞控制板；先拆下變頻器主回路的接線(xiàn)，再將主回路的端子都短接起來(lái)，具體如下圖2所示，用dc500v級兆歐表測量它們與接地端子e間的絕緣電阻，兆歐表指示值≥20mω為正常。

　　3.4變頻器的故障分析與措施

　　變頻器常見(jiàn)故障列表如表2，供現場(chǎng)技術(shù)人員參考。

4 變頻器主回路故障簡(jiǎn)易判斷方法

　　變頻器主回路如圖3所示。在日常維護中，技術(shù)人員可憑借數字式萬(wàn)用表可簡(jiǎn)單判斷主回路的整流橋、igbt、ipm器件等是否損壞。為了人身安全，必須確保變頻器斷電，等待3～5min后，拆除變頻器三相交流輸入端子（r/l1、s/l2、t/l3）和變頻器三相交流輸出端子（u/t1、v/t2、w/t3）后方可操作。

　　以下是變頻器主回路靜態(tài)判斷，實(shí)際判斷以帶電機測試為準，但可為現場(chǎng)簡(jiǎn)易判斷提供參考。

　　首先把數字萬(wàn)用表打到“二極管”檔，然后通過(guò)數字萬(wàn)用表的紅色表筆和黑色表筆按以下步驟檢測變頻器主回路（見(jiàn)圖4）：

　?。?）數字萬(wàn)用表黑色表筆接觸直流母線(xiàn)的正極（p+），紅色表筆依次接觸變頻器輸出端子（u/t1、v/t2、w/t3），記錄萬(wàn)用表上的顯示值；然后再把紅色表筆接觸（n），黑色表筆依次接觸（u/t1、v/t2、w/t3），記錄萬(wàn)用表的顯示值；六次顯示值如果基本平衡，則表明變頻器igbt逆變模塊無(wú)問(wèn)題，反之相應位置的igbt逆變模塊損壞。檢查現象是：無(wú)輸出或報“ocu1”故障。如圖4中（a）所示。

　?。?）數字萬(wàn)用表黑色表筆接觸直流母線(xiàn)的正極p（+），紅色表筆依次接觸變頻器輸入端子（r/l1、s/l2、t/l3），記錄萬(wàn)用表上的顯示值；然后再用數字萬(wàn)用表紅色表筆接觸（n），黑色表筆依次接觸變頻器輸入端子（r/l1、s/l2、t/l3），記錄萬(wàn)用表的顯示值；六次顯示值如果基本平衡，則表明變頻器二極管整流或軟啟電阻無(wú)問(wèn)題。反之相應位置的整流模塊或軟啟電阻損壞，檢查現象是：無(wú)顯示或報欠壓故障，如圖4中（b）所示。

5 結束語(yǔ)

　　本文根據作者的工作經(jīng)驗，以一品牌變頻器為例，介紹了變頻器的安裝、調試、故障處理、保養與維護等基本事項；期望對業(yè)界同仁們在電氣傳動(dòng)設備技術(shù)改造和推進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)品的普及應用工作中能有所參考與借鑒，減少由于低級錯誤而引發(fā)重大的經(jīng)濟損失。