变频器在日常使用中的问题及故障防范

变频器在日常使用中的问题及故障防范

由于使用方法不正确或安装环境不合理，很容易造成变频器误动 作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然，事先 对故障原因进行认真分析显得尤为重要。

一、 安装环境

变频器属于电子器件装置，在其规格书中有详细安装使用环境的 要求。在特殊情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应 抑制措施：

①

安装环境振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，

动冲击较大的场合，应米用橡胶等避振措施；

②

潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件生锈、接触不良、

绝缘降低而形成短路。应将对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭 式结构作为防范措施； 及可靠性的重

③温度是影响电子器件寿命

要因素，特别是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或 避免日光直射。

除上述3点外，定期检查变频器的空气滤清器、散热片及冷却风扇也 是必要的。对于特殊的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正 常工作，应采取设置空间加热器等必要措施。

二、 外部的电磁感应干扰

如果变频器周围存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频 器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚 至损坏变频器。提高变频器白身的抗干扰能力固然重要， 但由于受装 置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理、更 必要。以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：变 频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸 收装置，如RC吸收器；尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主 线路分离；指定采用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较长，应采 用合理的中继方式；变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动 力接地混用；变频器输

入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干 扰。

三、电源异常

电源异常表现为各种形式，但大致分以下 3种，即缺相、低电压、 停电，有时也出现它们的混和形式。这些异常现象多半是由输电线路 遭受风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路 及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些 电网或白行发电单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时 间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相 应要求。

如果附近有直接起动电动机和电磁炉等设备， 为防止这些设备投 入时造成的电压降低，应和变频器供电系统分离，减小相互影响；对 于要求瞬时停电后仍能继续运行的场合，除选择合适价格的变频器 外，还因预先考虑负载电机的降速比例。 变频器和外部控制回路采用 瞬停补偿方式，当电压回复后，通过速度追踪和测速电机的检测来防 止在加速中的过电流；对于要求必须量需运行的设备，要对变频器加 装白动切换的不停电电源装置。

二极管输入及使用单相控制电源的变频器， 虽然在缺相状态也能 继续工作，但整流器中个别器件电流过大及电容器的脉冲电流过大， 若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，

理。

四、雷击、感应雷电

雷击或感应雷击形成的冲击电压有时也能造成变频器的损坏。

外，当电源系统一次侧带有真空断路器时， 短路器开闭也能产生较高 的冲击电压。

变压器一次侧真空断路器断开时，通过耦合在二次侧形成很高的 电压冲击尖峰。

为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端 加压敏电阻等吸收器件，保证输入电压不高于变频器主回路期间所允 许的最大电压。当使用真空断路器时，应尽量采用冲击形成追加

浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，因在控制时序上保证真 空断路器动作前先将变频器断开。

应及早

过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、 过负载能力低。由于IGBT及cpg迅速发展，变频器内部增加了完 善的白诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

如果使用矢量控制变频器中的“全领域白动转矩补偿功能”，其 中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，

将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运 算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿， 以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。

此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内 部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如: 对白由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障白动复位并保持连 续运行；负载转矩过大时能白动调整运行曲线，避免 Trip ;能够对 机械系统的异常转矩进行检测。

变频器对周边设备的影响及故障防范

变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他 设备故障。因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪 些措施是非常必要的。

五、电源高次谐波

由于目前的变频器几乎都采用 PW帐制方式，这样的脉冲调制形 式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，

变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变 压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波 电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量，对于有进相电容器的 场合因高次谐波电流将电容电流增加造成发热严重， 必须在电容前串 接电抗器，以减小谐波分量，对电抗器的电感应合理分析计算，避免 形成LC振荡。电动机温度过高及运行范围过窄。

对于现有电机进行变频调速改造时，由于白冷电机在低速运行时 冷却能力下降造成电机过热。此外，因为变频器输出波形中所含有的 高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和 运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电 机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。

并造成电压波形

六、 机振、噪声

机振通常是由电机的脉动转矩及机械系统的共振引起的，

当脉动转矩与机械共振电恰好一致时更为严重。 噪声通常分为变频装 置噪声和电动机噪声，对于不同的安装场所应采取不同的处理措施： 变频器在调试过程中，在保证控制精度的前提下，应尽量减小脉冲转 矩成分；调试确认机械共振点，利用变频器的频率屏蔽功能，使这些 共振点排除在运行范围之外；由于变频器噪声主要由冷却风扇机电抗 器产生，应选用低噪声器件；在电动机与变频器之间合理设置交流电 抗器，减小因PWMH制方式造成的高次谐波。

七、 高频开关形成尖峰电压对电机绝缘不利

在变频器的输出电压中，含有高频尖峰浪用电压。这些高次谐波冲击 电压将会降低电动机绕组的绝缘强度，尤其以PW瞄制型变频器更为 明显，应采取以下措施：尽量缩短变频器到电机的配线距离；采用阻 断二极管的浪涌电压吸收装置，对变频器输出电压进行处理 .

八、接地的重要性

从上述几个问题要妥协解决好及如何提高控制系统抗干扰能力和 可靠性的角度出发，针对变频器实际应用系统中，接地是抑制电磁干 扰，提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。 正确的接地既可以使 系统有效地抑制外来干扰，又能降低设备本身对外界的干扰。在实际 应用系统中，由于系统电源零线（中线）、地线（保护接地、系统接地） 不分、控制系统屏蔽地（控制信号屏蔽地和主电路导线屏蔽地）的混乱 连接，大大降低了系统的稳定性和可靠性。

①

主回路接地

对于变频器，主回路端子 PE（E、G）的正确接地是提周变频器抑 制噪声能力和减小变频器干扰的重要手段， 因此在实际应用中一定要 非常重视。

在变频器等电力电子设备中，为了提周装置的抗干扰和防雷击能 力，在电源输入侧均有电容 C1或者压敏电阻R1组成的电源滤波和压 敏电阻R1、放电管D1组成的防雷击电路。

②

于两种电源方式，为了提高抗干扰能力，一般不采用浮地和与系 统直接

对

接地方式，而是采用电容接地方式。 C2 一般选用安规电容， 要求具有良好的高频特性和足够的耐压能力，从而为高频干扰分量提 供对地通路，抑制分布电容的影响，缺点是对于低频和直流仍旧是开 路，一般通过加安规电阻 R2来进行弥补。由于变频器内部控制端子 上控制屏蔽接地及采用线性电源变压器的屏蔽层均连接至

P

PE的连接情况直接关系到变频器的可靠性。

在我国，大多数工厂采用三相四线制，有些用户因没有地线，干脆不 接，或者为了简单将PE接至零线。在这种情况下，由于防浪涌电路 中的电容及压敏电阻漏电流IC和IR较大，一般为几十至几百毫安,

在接地情况不够良好的情况下，R0较大，零线与地之间的电压达到 几十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全规范，也对系统的可靠性产 生重大影响，因此在条件允许的情况下应尽量采用专用接地线，

与其他设备公用接地。变频器接地导线的截面积一般应不小于 2.5mn2i,长度控制在20m以内。建议变频器的接地与其它动力设备接 地点分开，不能共地。

③

控制线屏蔽接地

3.1 通信线屏蔽接地

在采用上位机PC/PLC通过RS232/485通信控制时，最容易犯的 错误是两点接地。由于接地点不在一起，不同接地点之间会出现地电 位差，在屏蔽线中形成地回路，不仅起不到屏蔽作用，反而带来干扰。 特别是在上位机侧，一般用户没有专用接地，电源插座的接地端子往 往采用接零线方式，会造成计算机或者变频器的损坏。在某些

PLC中，开关电源采用非隔离方式，即使采用变频器方面的单侧接地， 也会造成通信接口的损坏。

由于变频器通信控制信号一般低于 100kHz,所以一般不用带状 电缆，而采用屏蔽电缆或者双绞线。但是，在实际应用过程中，由于 接地不当，经常出现接地比不接地通信误码率高的现象，

生了屏蔽电缆要不要接地，如果要接地，是采用一点、两点还是多点 接地的疑惑。据有关资料和实践证明，在通信速率低于

速率通信控制电缆的屏蔽层应该选用多点接地，最少也应该两端接

从而

100

地，并且采取在通信线路较长时在网络的终端加终端匹配电阻等抗干 扰措施。对于电缆的多点接地，一个附加的好处是可以减少屏蔽层的 静电耦合。另外，还有一个根据传输信号的波长来判别接地方式的参 考标准。以传输信号的波长 入的1/4为界，通信传输线长度小于 乂4 时采用一点接地；长度大于V4时，由于屏蔽层也能起到天线作用， 应采用多点接地，在多点接地时，最理想的情况是每隔

0.05〜

有一个接地点。

另外，在传输上升下降沿非常陡峭的信号时， 也应按照变频信号 来处理，实施多点接地。最后要说明的一点：如果从干扰角度讲，低 频干扰严重时采用屏蔽单点接地，在高频干扰情况下要多点接地，同 时建议在通讯电缆中提供一根等电位线将各节点的通讯地串起来，

提高抗干扰能力。

3.2 传感器信号屏蔽接地问题

在采用变频器调速的高精度快速响应控制系统中，一般要安装 速度传感器（如脉冲编码器、旋转变压器）来进行速度或位置闭环，或 者在生产线和设备上安装压力、温度、张力、线速度等检测传感器。

这些传感器的一个共同特点是：为了提高抗干扰能力，信号线均采用 屏蔽线，而且屏蔽线在传感器内部与传感器壳体接在一起。 当传感器 安装在电机、管道或者生产线上时，屏蔽层就与这些设备相连接 ；而 在传感器与变频器或其他控制设备连接时，屏蔽层又连接至PE端子。

如果此时变频器或外部设备接地不良（RE、RG大于接地标准最大电阻 或者严重不等），就会出现通过屏蔽层接地的情况，因此，在采用外

部传感器的闭环控制系统中，距离较远时，一定要保证外部设备和变 频器的可靠独立接地，或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传 感器，在变频器侧实施一点接地；距离较近时，可采用公共接地母排 接地，保证传感器与控制设备接地点之间电位差近似为零，

地环流形成的干扰。

3.3 模拟信号屏蔽层接地

实践证明，双绞线或双绞屏蔽线对磁场的屏蔽效果明显优于单芯 屏蔽线，对于采用标准4〜20mA/卜10V/1〜5V模拟信号控制变频器 频

从

率/转速的系统，一定要采用双绞线或屏蔽电缆。由于模拟信号频 带较窄，原则上在接地的控制器或变频器一侧实施接地。 控制装置之 间的信号电缆应在线路对地分布电容大的一端接地， 这样能够减少信 号电缆对地分布电容的影响。实际系统中，一般在信号电缆数量多的 控制装置一侧接地。另外，对于抗干扰要求非常高的场合，可采用双 重静电屏蔽的电缆，此时，外屏蔽层接至屏蔽地线，内屏蔽层接至系 统地线。系统地线可以是变频器外部控制隔离地、模拟控制地，或者 是系统独立的接地线。对于共模干扰严重的场合，可通过添加共模电 感来消除共模干扰；对于多点地电位浮动频繁的场合，可采用 DC/DC 隔离模块来实现电气隔离，彻底杜绝干扰。

④

其他变频器附件接地问题

交直交电压型变频器输入米用三相不可控整流电路， 应措施。比如，要求输入具有较高的功率因数时，必须加装直流电抗

器L2或交流输入电抗器L1;要求减少变频器输出与电机的连接导线 的无线电辐射干扰和延长变频器与电机之间连线时， 必须在变频器输 出侧加装交流电抗器L3;要求减少变频器的使用对周围设备的干扰 时，必须在变频器输入侧加装 EMI滤波器，以减少传导干扰，提高周 边设备如PLC控制设备及白动化仪表的可靠性。由于每个选件都有相 应的屏蔽层，为了充分发挥性能，接地点的连线非常重要。对于在同 一控制柜中的中小功率变频调速系统，建议采用公共母排接地方式

对于不在同一控制单元，较为分散的系统，推荐不同单元之间采用独 立接地方式。

⑤

测试中的接地问题

在变频器产品的维修过程中，由于采用三相逆变桥控制，在输出 功率模块损坏时，需采用示波器观察三相驱动与输出电压、 电流波形。 一般对于小功率变频器，T1、T3、T5采用三组独立的驱动电源，T4、 T6、T2采用一组驱动电源，四组电源间及与大地之间绝缘电压要求 达到2000VD®上；而对于大功率变频器，为了减少彼此之间干扰， T1~T6采用六组独立电源。因此，在采用示波器测量PWME动波形时， 最好不要直接测量，建议采用高压探头进行测量。如无隔离措施，建 议将示波器电源接地端子拔掉，以确保示波器机壳带电部分与其他电 源或线路绝缘，特别是将示波器放置于导电的防静电实验台上时，

谐波大，功

注意其外露金属壳体部分不与导电桌布接触， 然后采用带衰减的示波 器探头直接测量。另外要特别提醒的是：尽管大多数电源插座未接地 线，但插在同一插座上的设备地线也可能形成了地回路， 如使用不当， 有时会造成多台设备损坏的局面。测试设备的电源最好全部采用隔离 电源。即使采取这些措施，也有可能造成测试设备的损坏。