变频器的主要故障及处理方法

1、 引 言
    近年来随着电力电子技术、功率半导体器件及变频控制理论的发展，变频器已被广泛应用于各行业。九十年代初期主要以进口品牌为主，如富士、三菱、西门子、ABB等，九十年代中期国产变频器日渐出现在市场上，主要以通用型变频器为主。目前国产变频器技术已逐渐成熟，市场占有率也逐渐提高，作为国内变频器专业生产厂家之一的深圳康沃电气技术有限公司，经过短短几年时间的发展，康沃变频器凭借其优越性能日渐被客户所接受。康沃公司目前生产的变频器主要有通用型G1/G2系列、风机水泵专用型P1/P2系列、注塑机专用型ZS/ZC系列及高性能单相变频器S1系列，其它各类专用变频器、更高性能的矢量型变频器也将陆续推向市场。本文主要讲述康沃变频器通用型在应用中出现的常见故障及处理方法，以便用户参考。
2、通用型变频器主电路
    目前市场上国产变频器主要以低压通用型变频器为主，为下文叙述方便现简要介绍通用型变频器的主电路结构，从变频器结构上分有交—交变频器与交—直—交变频器，而交—直—交变频器又主要包括电压源型变频器与电流源型变频器。目前国内生产的变频器主要以电压源型交—直—交变频器为主，其结构示意如图1
 

 图1 电压源型交－直－交变频器主电路结构
  
    主电路主要由整流电路、滤波电路、逆变电路及制动电路几部分构成，其中IGBT（绝缘栅双极晶体管）为变频器主要主要功率，各部分电路功能简述如下：
（1） 整流电路：由VD1~VD6组成三相桥式全波整流电路将三相交流电整流成直流电
（2） 滤波电路：整流电路输出的整流电压为脉动的直流电压，因而需滤波电路滤去电压波纹，同时在整流电路与逆变电路起到储能作用。
（3） 逆变电路：由开关管V1~V6构成逆变电路将直流电压逆变成三相频率、电压可调的交流电以驱动三相电动机，是变频器实现变频的关键环节。
（4） 限流电路：由限流电阻R及开关K构成，由于上电瞬间滤波电容端电压为零，上电瞬间电容充电电流较大，过大的电流可能损坏整流电路。因此限流电阻串联到直流回路，当电容充电到一定时间后通过开关K将电阻短路。
（5） 制动电路：由制动电阻RB及开关管VB构成，主要作用是用于消耗电动反馈回来的能量，避免过高的泵升电压损坏变频器。
    康沃G1、G2/P1、P2系列变频器根据功率等级的不同选用的IGBT主要有欧派克、西门康、三菱、东芝等不同品牌，变频器功率在18.5KW以下的机型主电路主要采用集整流、逆变、制动电路和温度检测为一体的七单元模块，22KW及以上的机型采用整流模块和三路两单元逆变模块。
3、康沃变频器常见故障及处理方法
    随着应用的不断推广，康沃品牌越来越深受用户欢迎，为让用户进一步了解康沃变频器，方便用户使用，现将康沃变频器在使用中常出现的故障及处理方法进行介绍。
3.1 故障P.OFF
    康沃变频器上电显示P.OFF延时1~2秒后显示0，表示变频器处于待机状态。在应用中若出现变频器上电后一直显示P.OFF而不跳0现象，主要原因可能为输入电压过低、输入电源缺相及变频器电压检测电路故障。处理时应先测量电源三相输入电压，R、S、T端子正常电压为三相380V，如果输入电压低于320V或输入电源缺相，则应总判定为外部电源故障。如果输入电源正常，则可判断为变频器内部电压检测电路或缺相保护故障。对于康沃G1/P1系列90kW及以上机型变频器，故障原因主要为内部缺相检测电路异常，缺相检测电路由两个单相380V/18.5V变压器及整流电路构成，处理时可测量变压器的输出电压是否正常。
3.2故障ER08
    康沃变频器出现ER08故障代码表示变频器处于欠压故障状态。主要原因有输入电源过低或缺相、变频器内部电压检测电路异常、变频器主回路电路异常等。通用变频器电压输入范围为三相320V~460V。在实际应用中当变频器满载运行，而输入电压低于340V时可能会出现欠压保护，这时应提高电网输入电压或变频器降额使用；若输入电压正常，变频器在运行中却出现ER08故障，则可判断为变频器内部故障。如图1所示可能为主回路中KS接触器跳开使限流电阻在变频器运行时串联到主回路中，这时若变频器带负载运行便会出现ER08故障。若变频器主回路正常，出现ER08报警的原因大多为电压检测电路故障。一般变频器的电压检测电路为开关电源的一组输出，经过取样、比较电路后给CPU处理器，当超过设定值时，CPU根据比较信号输出故障封锁信号并封锁IGBT，同时显示故障代码。
3.3  故障ER02/ER05
     故障代码ER02/ER05表示变频器在减速中出现过流或过压故障，主要原因为减速时间过短、负载回馈能量过大未能及时被释放。若电机驱动惯性较大的负载，当变频器输出频率（即电机的同步转速）下降时电机的实际转速可能大于同步转速，这时电机处于发电状态，部分能量将通过变频器的逆变电路返回到直流回路，从而使变频器出现过压或过流保护。现场处理时，在不影响生产工艺的情况下可延长变频器的减速时间，若负载惯性较大又要求在一定时间内停机时则要求加装外部制动电阻或制动单元。康沃G2/P2系列变频器22kW以下的机型均内置制动单元，只需加外部制动电阻即可，电阻选配可参考产品说明。对于功率22kW以上的机型则要求外加制动单元和制动电阻。
    ER02/ER05故障一般只在变频器减速停机过程中才会出现，如果变频器在其它运行状态下出现该故障，则可能为变频器内部的开关电源部分如电压检测电路或电流检测电路异常而引起。
3.4  故障ER17
    代码ER17表示电流检测故障，通用变频器电流检测一般采用电流传感器，如图2中H1和H2所示。通过检测变频器两相输出电流来实现变频器运行电流的检测、显示及保护功能，输出电流经电流传感器输出线性电压信号，经放大比较电路处理后输出到CPU处理器，CPU处理器根据其电压大小判断变频器是否处于过电流状态，如果输出电流超过保护值，则故障封锁保护电路动作封锁IGBT脉冲信号，实现保护功能。

康沃变频器出现ER17故障主要原因为电流传感器故障或电流检测放大比较电路异常，前者可通过更换传感器解决，后者大多为相关电流检测IC电路或IC芯片工作电源异常，可通过更换相关IC或维修相关电源解决。
3.5  故障ER15
    代码ER15表示逆变模块IPM、IGBT故障，主要原因为输出对地短路、电机线过长（超过50米）、逆变模块或其保护电路动作。现场处理时先拆去电机输出线，测量变频器逆变模块，观察输出是否存在短路，同时检查电机是否对地短路及电机线是否超过允许范围，如上述均正常则可能为变频器内部IGBT模块驱动或保护电路异常。一般IGBT过流保护是通过检测IBGT导通时的管压降动作的，如图3所示。   

当IGBT正常导通时其饱和压降很低，当IGBT过流时管压降VCE会随着短路电流的增加而增大，IGBT驱动保护电路通过二极管DB可测量饱和压降，并经过处理电路传送给CPU处理器，同时封锁IGBT输出达到保护作用。如出现Er15故障，现场处理时可更换驱动模块或检修相关电路。
3.6  故障ER11
    康沃变频器出现ER11故障表示变频器过热，可能原因主要有：风道阻塞、环境温度过高、散热风扇损坏及温度检测电路异常。现场处理时先判断变频器是否确实存在温度过高情况，如果温度过高可先按以上原因排除故障；若变频器温度正常，下出现ER11报警则则可能为为温度检测电路故障。康沃22kW以下机型采用的七单元逆变模块，内部集成有温度元件，如果模块内此部分电路故障也会出现ER11报警，另一方面当温度检测运算电路异常时也会出现同样故障现象。
4、结论
    随着变频器应用的不断推广，用户对变频器也越加熟悉，变频器在使用中出现的问题大致相似。本文讲述的康沃变频器在使用中可能出现的故障和一般处理方法，希望对于用户有所帮助，同时供业内人士交流参考。                     

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