变频器故障与预防 张志辉 2015年9月10日

变频器是一个电源设备，变频器具有良好的调速性能，启动性能好，控制精度高。在电厂中风机、水泵等设备广泛地采用了变频技术。但随着使用量的增加，变频器的故障也逐渐凸显和暴露。

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%。

变频器外部故障 按变频器的故障类型 变频器内部故障 变频器故障 变频器轻故障 按变频器的故障程度 变频器重故障

安装环境 变频器集成度高，整体结构紧凑，自身散热量较大，因此对安装环境的温度、湿度和粉尘含量要求高。高温条件下可以使电子设备加速老化，缩减变频器的使用寿命，也有可能使接线因脏污而发生短路现象，直接烧坏变频器的电子元件。潮湿、腐蚀性气体及其灰尘等会造成电子器件生锈，接触不良、绝缘降低而形成短路。如果变频器所处环境的制冷、通风效果不良，易发生过热保护跳停，影响变频器的使用。 某电厂输煤皮带电机变频器安装于输煤段下部的操作室内，煤粉弥漫，导致变频小间内粉尘较大，曾多次发生变频器故障。在对操作室进行密封和加装冷却设施后，变频器故障才得以控制。

安装环境 变频器在安装及使用时必须为变频器提供一个好的运行环境。要注意保持变频器周围环境清洁、干燥，严禁在变频器附近放置杂物。原则上周围物体间隔不小于100mm，不宜受阳光直射或靠近发热体。环境温度和湿度不宜超限，防止水或水蒸气进入变频器内。变频器安装平面宜高出地面800mm。在粉尘大的场合要有防尘措施，必要时设置单独的变频器小间，做好防尘措施并加装空调进行冷却。

电磁干扰 对于所有的电子元件来说，外部的电磁波干扰对于本身工作的正确性是巨大的考验。如果变频器工作的环境中具有电磁干扰，它就会通过电源或者是导线传输到变频器的内部，从而引起内部控制回路的异常动作。另一方面，电源中的谐波干扰主要通过变频器的供电电源干扰变频器。电源中存在大量谐波源，如各种整流设备、交直流互换设备、电子电压调整设备、非线性负载及照明设备等。这些负荷都使电源中的电压、电流产生波形畸变，从而对电源中其他设备产生危害的干扰。变频器的供电电源受到来自被污染的交流电网的干扰后，若不加以处理，就会通过电网电源电路干扰变频器。供电电源对变频器的干扰主要有过压、欠压、瞬时掉电、浪涌、跌落、尖峰电压脉冲、射频干扰。其次，共模干扰通过变频器的控制信号线也会干扰变频器的正常工作。

电磁干扰 某电厂锅炉一次风机变频器连续两次跳闸。变频器均显示“C1单元驱动故障”。初步分析原因为单元模块故障。厂家技术人员在低压模式下对变频器单元单体波形进行了测试，结果测试波形未见异常。但对该单元进行结构及布线检查时发现单元控制板及驱动板间连接线缆与输出母排间距非常近。由此产生的系统干扰引发模块驱动故障。

电磁干扰 加大控制电缆与干扰源电缆的距离，达到导体直径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。敷设的路线越短，抗干扰效果越好。对继电器采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。对电缆应定期做拧紧加固处理。变频器的控制电源由独立系统供电，在控制电源的输入侧装设线路滤波器或隔离变压器，且屏蔽接地。

电源异常 表现形式主是要输入电源缺相、过压、欠压或掉电。有时也会因为同一供电系统内出现对地短路或相间短路。由于变频器一次侧真空断路器通断时会产生操作冲击过电压。为了避免瞬间的冲击电压超过变频器正常工作时所能承受的最大额定电压而造成变频器的损坏，通常在变频器的电源输入端加上压敏电阻等设备来吸收过高的电压，从而保护变频器不因电压过高而击穿损坏。有时系统内频率的波动，如启动变频器附近较大功率的设备时，也会引发变频器的不正常运行。

电源异常 某电厂变频器在短期内连续烧毁三台，故障都是变频器控制的变压器烧毁导致主板等部件损坏。据调查得知该电源系统电压有时高达480V，远超过变频器说明书中规定的+10%的电压上限，使绝缘裕度较小的控制变压器烧毁。这是一个变频器由于过压而损坏的曲型事例。

电源异常 当输入电压超过正常范围，一般发生在节假日。由于负载较轻，电压升高或降低而线路出现故障，此时最好断开电源，检查、处理。为防止电源波动的影响，通常将为变频器提供的电源独立，从而减少相互之间的影响。

参数设置故障 变频器的参数设置非常重要，如果参数设置不正确，会导致变频器不能正常工作。在正确使用变频器之前，要对变频器参数时从以下几个方面进行： 确认电机参数，变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率等信息。 变频器采取的控制方式，即速度控制、转距控制、PID控制或其它方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。

参数设置故障 设定变频器的启动方式，一般变频器在出厂时设定从面板启动，用户可以根据实际情况选择启动方式，可以用面板、外部端子、通讯方式等几种。 给定信号的选择，一般变频器的频率给定也可以有多种方式，面板给定、外部给定、外部电压或电流给定、通讯方式给定，当然对于变频器的频率给定也可以是这几种方式的一种或几种方式之和。 正确设置以上参数之后，变频器基本上能正常工作，如要获得更好的控制效果则只能根据实际情况修改相关参数。

参数设置故障 一旦发生了参数设置类故障后，变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数。如果以上不行，最好是能够把所有参数恢复出厂值，然后按上述步骤重新设置，对于不同厂家或型号的变频器其参数恢复方式也不相同。

(1) 重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有:负载短路、机械部位有卡住、逆变模块损坏、电动机的转矩过小等现象引起。 过流故障 过流是变频器报警最为频繁的现象。 过流故障现象： (1) 重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有:负载短路、机械部位有卡住、逆变模块损坏、电动机的转矩过小等现象引起。 (2) 上电就跳，这种现象一般不能复位，主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。 (3) 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时跳闸，主要原因有:加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。

过流故障 过流故障可分为变频器在加速、减速用匀速过程中的过电流。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载，变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已经损坏。如果无这些现象，可以断开输出侧的电流互感器和直流侧的电流检测点，复位后运行，看是否出现过流现象。

IGBT过流故障的原因及解决办法 IGBT是高压变频器中最关键的功率器件，IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题。为了提高系统的可靠性，采取了一些措施防止因过流而损坏。通常引起IGBT过流故障的原因有以下几种： 1、变频器输出短路。 2、功率单元内IGBT被击穿。 3、驱动检测电路损坏。 4、检测电路被干扰。

IGBT的故障判断 检测方法是根据监控界面显示的故障定位找到对应的模块，拆开检查IGBT是否损坏，判断的方法是找到功率单元内部直流母线的正极与负极 ，将万用表进行检查判断。

过载故障 过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，直流制动量过大、电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

过电压故障 变频器的过电压主要表现在直流母线的电压上。正常情况下，变频器直流电为三相全波整流后的平均值。在过电压发生时，直流母线的储能电容将被充电，当电压升至750V左右时，变频器过电压保护就会动作。因此，变频器来说，都有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏变频器。常见的过电压有两类。一是输入交流电源过压。这种情况是指输入电压超过正常范围。二是发电类过电压。这种情况出现的概率较高，主要是电机的同步转速比实际转速还高，使电动机处于发电状态。一般是出现在停机的时候，其主要原因是减速时间太短或制动电阻及制动单元有问题。这是因为变频器在减速时，电动机转子绕组切割旋转磁场的速度加快，转子的电动势和电流增大，使电机处于发电状态，回馈的能量通过逆变环节中与大功率开关管并联的二极管流向直流环节，使直流母线电压升高所致。

过热故障 过热故障的原因主要是由于环境温度的升高，风机散热口堵塞，还有就是冷却风机损坏，温度检测装置发生故障产生异常判断等。为了避免过热故障的产生，在实际生产中要定期检查风机散热口是否通畅，温度检测装置是否正常。冷却装置是否能够正常工作等。

欠压故障 变频器的欠压故障就是给变频器提供电源的电压突然降低或者是缺相。如果电网的电能质量不好，会产生瞬间电压降低的现象，这势必会造成直流母线电压过低。为了解决变频器欠压故障可以设置变频器的自启动功能，即当电网的电压突然降低至变频器停止工作，当电网恢复正常之后，变频器再重新启动。

单元驱动故障 一般故障表现为单元输出过流或单元外部出现短路情况。这时要查看负载有无故障，参数设置是否合理。若IGBT损坏。应检查IGBT，更换损坏的器件。 若IGBT与单元驱动板之间的接线错误或者松动。应检查接线，确保接线正确无误，牢固可靠。若单元驱动板上的输入电源电压低于12V。应检查测试单元控制板上的输出，做相应处理。

光纤通信故障 控制通信异常故障通常光纤通信造成的，一般由以下几种情况： 1）光纤连接部位接触不良或光纤头脱落。　　 2）光纤信号发送/接收器内部堆积灰尘。　　 3）光纤折断。　　 4）光纤通信控制板损坏。 在出现光纤故障的情况下，首先需要判断是功率单元故障还是控制器侧出现故障，可以通过对调光纤的方法进行判断。

单元模块故障 单元输入缺相 一般为单元输出过流导致输入电流超过熔断器的正常工作值而熔断。应查看负载有无故障，参数设置是否合理。 单元过热 一般故障原因为滤网堵塞造成通风不畅，单元柜上的风机故障，影响功率单元的散热，若温度开关上的输出信号线与单元控制板的连接端子松动，或未插好。则应检查并确认连接稳固。

整流块的损坏 变频器整流块均以二极管整流为主，目前部分整流块采用晶闸管的整流方式（调压调频型变频器）。中、大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，承担着变频器所有输出电能的整流，易过热，也易击穿，其损坏后一般会出现变频器不能送电、保险熔断等现象，三相输入或输出端呈低阻值（正常时其阻值达到兆欧以上）或短路。在更换整流块时，要求其在与散热片接触面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅导热膏，再紧固螺丝。

充电电阻电容损坏 导致变频器充电电阻、电容损坏原因一般是：如主回路接触器吸合不好时；或充电电流太大而烧坏电阻；或由于重载启动时，主回路通电和 RUN信号同时接通，使充电电阻既要通过充电电流，同时又要通过负载逆变电流，故易被烧坏。

逆变器模块烧坏 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。

限流运行 在平时运行中我们可能会碰到变频器提示电流极限。对于一般的变频器在限流报警出现时不能正常平滑的工作，电压(频率)首先要降下来，直到电流下降到允许的范围，一旦电流低于允许值，电压(频率)会再次上升，从而导致系统的不稳定 变频器通常采用内部斜率控制，在不超过预定限流值的情况下寻找工作点，并控制电机平稳地运行在工作点，并将警告信号反馈客户，依据警告信息我们再去检查负载和电机是否有问题。

发生轻故障时，系统发出报警信号，故障指示灯闪烁。发生重故障时，系统发出故障指示，故障指示灯常亮。同时发出指令去分断高压开关、合闸禁止，并对故障信息、高压分断指令作记忆处理。 轻故障主要包括：变压器超温报警、柜温超温报警、柜门打开、控制柜失电、通道断线、通道超限、单元旁路等。系统对轻故障不作记忆处理，仅有故障指示，故障消失后报警自动消除。变频器运行中出现轻故障报警，系统不会停机。停机时出现轻故障报警，变频器可以继续启动运行。

重故障主要包括：外部故障、变压器过热、柜温过热、单元故障、变频器过流、高压失电、接口板故障、控制器不通讯、接口板不通讯、电机过载、参数错误、主控板故障。其中单元故障又包括：熔断器故障、单元过热、驱动故障、光纤故障、单元过压。在发生重故障后一定要查清原因，然后再上高压电及二次表。注意：切忌在未查明故障原因前贸然二次上电，否则可能严重损坏变频器。

维护与保养 主要检查： 1）定期清理柜门防尘垫的灰尘，保证冷却风路的通畅； 2）应定期对变压器进行巡视、检查，记录变压器绕组的温度值。在正常使用条件下运行时，保证变压器铁心温升满足要求。

变频器的检查和检修 （1）定期对变频器进行全面检查维护，必要时可将整流模块、逆变模块和控制柜内的线路板进行解体、检查、测量、除尘和紧固。对电路板上（因静电作用）的积灰进行清洁和检查。 （2）对线路板、母排等维修后，要进行必要的防腐处理，涂刷绝缘漆，对已出现局部放 电、拉弧的母排须去除其毛刺，并 进行绝缘处理。对绝缘击穿的绝缘 柱 ，须清除碳化或更换。

变频器的检查和检修 （3）对所有接线端检查、紧固，防止松动引起严重发热现象的发生。 （4）对输入（包括输出）端、整流模块、逆变模块、直流电容和快熔等器件进行全面检查、参数测定，发现烧毁或参数变化大的器件应及时更换。 （5）对变频器内风扇转动状况进 行检查，断电后，用手转动风叶， 观察是否卡住或缺油。以确保风扇 能够正常工作。

以上是变频器常见故障的分析和预防， 不妥之处，敬请交流指正。 谢谢！