變頻器調(diào)試與保養(yǎng)

1 引言

　　進(jìn)入21世紀(jì)來，隨著國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)的不斷成熟和提高，變頻器由于調(diào)速范圍寬、精度高、穩(wěn)定性高、電機(jī)調(diào)速特性硬、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn)，已取代了傳統(tǒng)的直流調(diào)速及液力耦合、液阻和電磁等調(diào)速成設(shè)備，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。其中變頻器的安裝、調(diào)試、維護(hù)以及故障處理問題，困擾了許多變頻器代理商、電氣工程師、直接用戶。為了便于讀者理解和具有可操作性，結(jié)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(jī)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、故障分析與處理、保養(yǎng)與維護(hù)等積累的經(jīng)驗(yàn)與同行分享。

2 變頻器的調(diào)試及注意事項(xiàng)

　　2.1調(diào)試前的注意事項(xiàng)

　　（1） 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(shù)碼管監(jiān)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(yùn)行鍵（run）、停止/復(fù)位鍵（stop/reset）、編程鍵（prg）、退出鍵（esc）、多功能鍵（m）、移位鍵（》》）、正反轉(zhuǎn)鍵（fwd/rev）等七個(gè)鍵，以及一個(gè)電位器旋鈕組成。在開始調(diào)試前，現(xiàn)場人員首先要結(jié)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(diào)試前首先要認(rèn)真閱讀產(chǎn)品技術(shù)手冊，特別要看是否有新的內(nèi)容增加和注意事項(xiàng)；

　　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；

　　檢查接線是否正確和緊固，絕對不能接錯(cuò)與互相接反；

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

　?。?） 通電檢查與調(diào)試

　　變頻器在斷電檢查無誤的基礎(chǔ)上，確立變頻器通電檢查和調(diào)試的內(nèi)容、步驟。應(yīng)采取 的基本步驟有：

　　帶電源空載測試；

　　帶電機(jī)空載運(yùn)行；

　　帶負(fù)載試運(yùn)行；

　　與上位機(jī)聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)等。

　　2.2 接電源空載試運(yùn)行

　　接入三相交流電源后，先按點(diǎn)動(dòng)鍵（m）試運(yùn)行，再按運(yùn)行鍵（run）運(yùn)行變頻器到50hz，用萬用表測量變頻器的三相輸出（u/t1、v/t2、w/t3），相電壓應(yīng)平衡（370v～420v）；測量直流母線電壓應(yīng)在（500v～600v）。然后按停止鍵（stop/reset），待頻率降到0hz時(shí)，再接上電機(jī)線。

　　2.3 帶負(fù)載試運(yùn)行

　　（1） 設(shè)置電機(jī)的極數(shù)、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電流，要綜合考慮變頻器的工作電流；

　?。?） 選擇參數(shù)自整定功能的執(zhí)行方式

　　靜止參數(shù)自整定，在電機(jī)不能脫開負(fù)載的情況下進(jìn)行參數(shù)自整定；

　　旋轉(zhuǎn)參數(shù)自整定，在電機(jī)可脫開負(fù)載的情況下進(jìn)行參數(shù)自整定；

　　注：啟動(dòng)參數(shù)自整定時(shí)，請確保電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，自整定過程中若出現(xiàn)過流過壓故障，可適當(dāng)延長加減速時(shí)間。

　?。?） 設(shè)定變頻器的上限輸出頻率、下限輸出頻率、基頻、設(shè)置轉(zhuǎn)矩特性；

　　（4） 將變頻器設(shè)置為自帶的鍵盤操作模式，按手動(dòng)鍵、運(yùn)行鍵、停止鍵，觀察電機(jī)是否反轉(zhuǎn)，是否能正常地啟動(dòng)、停止；

　　（5） 熟悉變頻器發(fā)生故障時(shí)的保護(hù)代碼，觀察熱保護(hù)繼電器的出廠值，觀察過載保護(hù)的設(shè)定值，需要時(shí)可以進(jìn)行修改。

　　2.4 系統(tǒng)調(diào)試

　?。?）手動(dòng)操作變頻器面板的運(yùn)行、停止鍵，觀察電機(jī)運(yùn)行、停止過程以及變頻器的顯示窗口，看是否有異?，F(xiàn)象。如果有現(xiàn)象，相應(yīng)的改變預(yù)定參數(shù)后再運(yùn)行；

　?。?）如果啟動(dòng)、停止電機(jī)過程中變頻器出現(xiàn)過流保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)重新設(shè)定加速、減速時(shí)間。電機(jī)在加、減速時(shí)的加速度取決于加速轉(zhuǎn)矩，而變頻器在啟、制動(dòng)過程中的頻率變化率是用戶設(shè)定的。若電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或電機(jī)負(fù)載變化，按預(yù)先設(shè)定的頻率變化率升速或減速時(shí)，有可能出現(xiàn)加速轉(zhuǎn)矩不夠，從而造成電機(jī)失速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器輸出頻率不協(xié)調(diào)，從而造成過電流或過電壓。因此，需要根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載合理設(shè)定加、減速時(shí)間，使變頻器的頻率變化率能與電機(jī)轉(zhuǎn)速變化率相協(xié)調(diào)。

　　檢查此項(xiàng)設(shè)定是否合理的方法是先按經(jīng)驗(yàn)選定加、減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，若在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)過流，則可適當(dāng)延長加速時(shí)間；若在制動(dòng)過程中出現(xiàn)過流，則適當(dāng)延長減速時(shí)間。另一方面，加、減速時(shí)間不宜設(shè)定太長，時(shí)間太長將影響生產(chǎn)效率，特別是頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的場合。

　?。?）如果變頻器在限定的時(shí)間內(nèi)仍然保護(hù)，應(yīng)改變啟動(dòng)/停止的運(yùn)行曲線，從直線改為s形、u形線或反s形、反u形線。電機(jī)負(fù)載慣性較大時(shí)，應(yīng)該采用更長的啟動(dòng)停止時(shí)間，并且根據(jù)其負(fù)載特性設(shè)置運(yùn)行曲線類型。

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

　?。?） 如果變頻器帶動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)過程中達(dá)不到預(yù)設(shè)速度，可能有兩種情況：

　　系統(tǒng)發(fā)生機(jī)電共振，可以從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音進(jìn)行判斷。采用設(shè)置頻率跳躍值的方法，可以避開共振點(diǎn)。一般變頻器能設(shè)定三級跳躍點(diǎn)。v/f控制的變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)時(shí)，在某些頻率段，電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速會發(fā)生振蕩，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)無法運(yùn)行，甚至在加速過程中出現(xiàn)過電流保護(hù)使得電機(jī)不能正常啟動(dòng)，在電機(jī)輕載或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小時(shí)更為嚴(yán)重。普通變頻器均備有頻率跨跳功能，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率點(diǎn)，在v/f曲線上設(shè)置跨跳點(diǎn)及跨跳寬度。當(dāng)電機(jī)加速時(shí)可以自動(dòng)跳過這些頻率段，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

　　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力不夠，不同品牌的變頻器出廠參數(shù)設(shè)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(jī)的帶載能力不同；或因系統(tǒng)的輸出效率不同，造成帶載能力會有所差異。對于這種情況，可以增大轉(zhuǎn)矩提升值。如果達(dá)不到，可用手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升功能，不要設(shè)定過大，電機(jī)這時(shí)的溫升會增加。如果仍然不行，應(yīng)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(dá)不到要求時(shí)，改用無速度傳感器矢量控制方法，它具有更大的轉(zhuǎn)矩輸出能力。對于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，應(yīng)減少轉(zhuǎn)矩的曲線值。

　　2.5變頻器與上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試

　　在自動(dòng)化系統(tǒng)中，變頻器與上位機(jī)串行通訊的應(yīng)用越來越廣泛，通過與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的連接，可以實(shí)現(xiàn)：

　?。?） 變頻器控制參數(shù)的調(diào)整；

　　（2） 變頻器的控制及監(jiān)控；

　?。?） 變頻器的故障管理及其故障后重新起動(dòng)。

　　因而，許多用戶在選擇變頻器時(shí)，對變頻器的通訊功能提出了更多嚴(yán)格的要求，需要變頻器與上位機(jī)控制系統(tǒng)、plc控制器、文本顯示器人機(jī)界面和觸摸屏人機(jī)界面等設(shè)備實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換，以保證控制系統(tǒng)功能的完整。

　　2.6 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的注意事項(xiàng)

　?。?）在手動(dòng)的基本設(shè)定完成后，如果系統(tǒng)中有上位機(jī)，將變頻器的控制線直接與上位機(jī)控制線相連，要考慮并將變頻器的操作模式改為上位機(jī)運(yùn)行命令給定。根據(jù)上位機(jī)系統(tǒng)的需要，調(diào)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(yīng)速度。如果需要另外的監(jiān)視表頭，應(yīng)選擇模擬輸出的監(jiān)視量，并調(diào)整變頻器輸出監(jiān)視量端子的量程。

　?。?） 變頻器與上位機(jī)聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)可能會遇到的問題

　　上位機(jī)給出控制信號后，變頻器不執(zhí)行或不接收指令；

　　上位機(jī)給出控制信號后，變頻器能執(zhí)行指令但有誤差或不精確。

　　原因：有的上位機(jī)（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源信號，如果直接從plc端子放線到變頻器的主控板端子，變頻器是不會有動(dòng)作的，這時(shí)應(yīng)考慮外加24v直流繼電器，輸出一個(gè)開關(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(jī)v/f控制模式的基本調(diào)試過程。系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行，變頻器及帶載的整個(gè)安裝調(diào)試過程十分重要。這里要特別提醒的是，首先要認(rèn)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(jié)構(gòu)，掌握其特點(diǎn)，然后按以上建議的步驟，分步調(diào)試。

3 變頻器的保養(yǎng)和維護(hù)

　　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(nèi)部元器件的老化等因素，可能會導(dǎo)致變頻器發(fā)生各種故障。因此，在存貯、使用過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，延長變頻器使用壽命，需要對變頻器進(jìn)行定期保養(yǎng)與維護(hù)。

　　3.1 日常維護(hù)

　　系統(tǒng)正常開啟時(shí)，要特別注意有無異常情況，具體如下：

　?。?） 電機(jī)是否有異常聲音及振動(dòng)；

　?。?） 變頻器及電機(jī)發(fā)熱無異常，無燒焦氣味；

　?。?） 工作環(huán)境溫度是否良好；

　?。?） 負(fù)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(nèi)。

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

　?。?） 變頻器的冷卻風(fēng)扇是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無污垢、棉絮堵塞風(fēng)道。

　　3.2 定期維護(hù)

　　變頻器要定期檢查和保養(yǎng)。變頻器檢查時(shí)，一定要切斷電源，待監(jiān)視器無顯示及主電路電源指示燈熄滅后，才能進(jìn)行檢查。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，需定期檢查的項(xiàng)目、內(nèi)容和對策如下表1所示。

　　3.3絕緣測試

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

　　斷開所有控制板電路的連接線，以防止試驗(yàn)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，再將主回路的端子都短接起來，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

　　變頻器常見故障列表如表2，供現(xiàn)場技術(shù)人員參考。

4 變頻器主回路故障簡易判斷方法

　　變頻器主回路如圖3所示。在日常維護(hù)中，技術(shù)人員可憑借數(shù)字式萬用表可簡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(jī)測試為準(zhǔn)，但可為現(xiàn)場簡易判斷提供參考。

　　首先把數(shù)字萬用表打到“二極管”檔，然后通過數(shù)字萬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（見圖4）：

　?。?）數(shù)字萬用表黑色表筆接觸直流母線的正極（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逆變模塊無問題，反之相應(yīng)位置的igbt逆變模塊損壞。檢查現(xiàn)象是：無輸出或報(bào)“ocu1”故障。如圖4中（a）所示。

　　（2）數(shù)字萬用表黑色表筆接觸直流母線的正極p（+），紅色表筆依次接觸變頻器輸入端子（r/l1、s/l2、t/l3），記錄萬用表上的顯示值；然后再用數(shù)字萬用表紅色表筆接觸（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問題。反之相應(yīng)位置的整流模塊或軟啟電阻損壞，檢查現(xiàn)象是：無顯示或報(bào)欠壓故障，如圖4中（b）所示。

5 結(jié)束語

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