1、引言

      由于變頻器能適應(yīng)生產(chǎn)工藝的多方面要求，尤其是在工業(yè)自動化控制應(yīng)用上，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)上升為工業(yè)自動化控制的主流。交流調(diào)速系統(tǒng)的性能已經(jīng)可以和直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵，甚至可以超過直流系統(tǒng)。它采用的全數(shù)字控制方式，使信息處理能力大幅度地增強(qiáng)。同時它將實用經(jīng)驗和技巧不斷地融入軟件功能中，采用模擬控制方式無法實現(xiàn)的復(fù)雜控制在今天都已成為可能，使變頻器的可靠性、可使用性、可維護(hù)性功能得以充實。由于變頻器具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍寬和運行效率高，使用操作方便，且宜于同其它設(shè)備接口等一系列優(yōu)點，所以應(yīng)用越來越廣泛。多年來，我們在生產(chǎn)實際應(yīng)用中不斷學(xué)習(xí)，積累了一些變頻器的維護(hù)保養(yǎng)和維修的經(jīng)驗。 

　　2、維護(hù)保養(yǎng)
　　由于電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器改型換代速度也比較快，不斷推出新型產(chǎn)品，性能不斷提高，功能不斷充實、增強(qiáng)?，F(xiàn)在國內(nèi)市場銷售的變頻器品牌比較多，如Danfoss、ABB、SIEMENS、GE、Schneider等等，國產(chǎn)變頻器品牌比較多，雖然種類繁多，但功能及使用上卻基本類似。總的來講，其使用、維護(hù)保養(yǎng)及故障處理方法是基本相同的。在實際應(yīng)用中，變頻器受周圍的溫度、濕度、振動、粉塵、腐蝕性氣體等環(huán)境條件的影響，其性能會有一些變化。如使用合理、維護(hù)得當(dāng)，則能延長使用壽命，并減少因突然故障造成的生產(chǎn)損失。如果使用不當(dāng)，維護(hù)保養(yǎng)工作跟不上去，就會出現(xiàn)運行故障，導(dǎo)致變頻器不能正常工作，甚至造成變頻器過早的損壞，而影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行。因此日常維護(hù)與定期檢查是必不可少的。
　　2.1日常維護(hù)與檢查
　　對于連續(xù)運行的變頻器，可以從外部目視檢查運行狀態(tài)。定期對變頻器進(jìn)行巡視檢查，檢查變頻器運行時是否有異?，F(xiàn)象。通常應(yīng)作如下檢查：
　　(1)環(huán)境溫度是否正常，要求在-10℃～+40℃范圍內(nèi)，以25℃左右為好；
　　(2)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常；
　　(3)顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符；
　　(4)用測溫儀器檢測變頻器是否過熱，是否有異味；
　　(5)變頻器風(fēng)扇運轉(zhuǎn)是否正常，有無異常，散熱風(fēng)道是否通暢；
　　(6)變頻器運行中是否有故障報警顯示；
　　(7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。極限是418V(380V×1.1)，如果主電路外加輸入電壓超過極限，即使變頻器沒運行，也會對變頻器線路板造成損壞。
　　2.2定期檢查
　　利用每年一次的大修時間，將檢查重點放在變頻器日常運行時無法巡視到的部位。
　　(1)作定期檢查時，操作前必須切斷電源，變頻器停電后待操作面板電源指示燈熄滅后，等待4min(變頻器的容量越大，等待時間越長，最長為15min)使得主電路直流濾波電容器充分放電，用萬用表確認(rèn)電容器放電完后，再進(jìn)行操作。
　　(2)將變頻器控制板、主板拆下，用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內(nèi)部IGBT模塊、輸入輸出電抗器等部位。線路板臟污的地方，應(yīng)用棉布沾上酒精或中性化學(xué)劑擦除。
　　(3)檢查變頻器內(nèi)部導(dǎo)線絕緣是否有腐蝕過熱的痕跡及變色或破損等，如發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時進(jìn)行處理或更換。
　　(4)變頻器由于振動、溫度變化等影響，螺絲等緊固部件往往松動，應(yīng)將所有螺絲全部緊固一遍。
　　(5)檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過熱，變色燒焦或有異味。
　　(6)檢查中間直流回路濾波電解電容器小凸肩(安全閥)是否脹出，外表面是否有裂紋、漏液、膨脹等。一般情況下濾波電容器使用周期大約為5年，檢查周期最長為一年，接近壽命時，檢查周期最好為半年。電容器的容量可用數(shù)字電容表測量，當(dāng)容量下降到額定容量的80%以下時，應(yīng)予更換。
　　(7)檢查冷卻風(fēng)扇運行是否完好，如有問題則應(yīng)進(jìn)行更換。冷卻風(fēng)扇的壽命受限于軸承，根據(jù)變頻器運行情況需要2－3年更換一次風(fēng)扇或軸承。檢查時如發(fā)現(xiàn)異常聲音、異常振動，同樣需要更換。
　　(8)檢查變頻器絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)(所有端子與接地端子)，注意不能用兆歐表對線路板進(jìn)行測量，否則會損壞線路板的電子元器件。
　　(9)將變頻器的R、S、T端子和電源端電纜斷開，U、V、W端子和電機(jī)端電纜斷開，用兆歐表測量電纜每相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與保護(hù)接地之間的絕緣電阻是否符合要求，正常時應(yīng)大于1MΩ。
　　(10)變頻器在檢修完畢投入運行前，應(yīng)帶電機(jī)空載試運行幾分鐘，并校對電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
　　2.3變頻器本身的保護(hù)：
　　變頻器本身具有各種保護(hù)功能，如：負(fù)載側(cè)接地保護(hù)、短路保護(hù)、電流限制、逆變器過熱、過載等，其自診斷功能、報警警告功能也特別完善。了解這些功能對于正確使用變頻器及故障查找是非常重要的。
　　　變頻器運行時，如頻繁出現(xiàn)限流報警或過流保護(hù)，應(yīng)檢查負(fù)載部分以及變頻器IGBT模塊是否正常，如正常，則此故障為變頻器主板霍爾磁補(bǔ)償式電流傳感器損壞?；魻柎叛a(bǔ)償式電流傳感器是一種測量正弦與非正弦周期量的電流值，能真實反映電流的波形，給變頻器提供一個控制與保護(hù)信號。變頻器上使用的該元件大部分為瑞士LEM公司LA系列的產(chǎn)品，其LA系列霍爾磁補(bǔ)償式電流傳感器可分為三端引出腳和五端引出腳兩種。變頻器容量不同，主板上LA系列霍爾磁補(bǔ)償式電流傳感器規(guī)格也不相同。
　　生產(chǎn)運行表明，粘膠纖維生產(chǎn)現(xiàn)場含硫化氫的腐蝕性氣體會給變頻器電路板的電子元器件帶來相當(dāng)大的危害，我們通過給電氣控制室送正壓新鮮風(fēng)來改善環(huán)境條件，并采用樂泰電子線路板用噴涂膠，對變頻器線路板表面作防腐涂層處理，有效地降低了變頻器的故障率，提高了使用壽命。
　　電子元器件對靜電是非常敏感的，如被靜電放電破壞后，將造成電子元器件軟擊穿，軟擊穿會導(dǎo)致線路板無法正常工作。所以在更換線路板時必須注意，一定要確保工作之前戴好接地手環(huán)，將腕帶直接接地，確保人體處于零電位，以防止人體的靜電對線路板造成損壞。如沒有接地手環(huán)，在更換線路板時可用手摸一下變頻器金屬外殼，使人體的靜電通過變頻器外殼放掉(其金屬外殼導(dǎo)靜電)。為確保變頻器線路板備件的安全，在保管期間，應(yīng)放在有防靜電材料的袋中存放。
　　4、元器件好壞的簡易測試法
　　在維修過程中，根據(jù)故障情況要用萬用表來檢測電子元器件的好壞，如測量方法不正確就很可能導(dǎo)致誤判斷，這將給維修工作造成困難，甚至造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。測量方法分為元器件測試和線路板在路測試兩種方式。在路測試：斷開變頻器電源，在不拆動線路板元器件的條件下，測量線路板上的元器件。對于元器件擊穿、短路、開路性故障，這種檢測方法可以方便快捷的查找出損壞的元器件，但還應(yīng)考慮線路板上所測元器件與其并聯(lián)的元器件對測量結(jié)果所產(chǎn)生的影響，以免造成誤判斷錯誤。下面介紹元器件好壞的判斷方法：
　　4.1普通二極管的檢測
　　用MF47型萬用表測量，將紅、黑表筆分別接在二極管的兩端，讀取讀數(shù)，再將表筆對調(diào)測量。根據(jù)兩次測量結(jié)果判斷，通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300－500Ω，硅二極管約為1kΩ或更大些。鍺管反相電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數(shù)值要小的多)。好的二極管正向電阻較低，反向電阻較大，正反向電阻差值越大越好。如果測得正、反向電阻很小均接近于零，說明二極管內(nèi)部已短路；若正、反向電阻很大或趨于無窮大，則說明管子內(nèi)部已斷路。在這兩種情況下二極管就需報廢。
　　在路測試：測試二極管PN結(jié)正反向電阻，比較容易判斷出二極管是擊穿短路還是斷路。4.2三極管檢測
　　將數(shù)字萬用表撥到二極管檔，用表筆測PN結(jié)，如果正向?qū)?，則顯示的數(shù)字即為PN結(jié)的正向壓降。
　　先確定集電極和發(fā)射極；用表筆測出兩個PN結(jié)的正向壓降，壓降大的是發(fā)射極e，壓降小的是集電極c。在測試兩個結(jié)時，紅表筆接的是公共極，則被測三極管為NPN型，且紅表筆所接為基極b；如果黑表筆接的是公共極，則被測三極管是PNP型，且此極為基極b。三極管損壞后PN結(jié)有擊穿短路和開路兩種情況。
　　在路測試：在路測試三極管，實際上是通過測試PN結(jié)的正、反向電阻，來達(dá)到判斷三極管是否損壞。支路電阻大于PN結(jié)正向電阻，正常時所測得正、反向電阻應(yīng)有明顯區(qū)別，否則PN結(jié)損壞了。支路電阻小于PN結(jié)正向電阻時，應(yīng)將支路斷開，否則就無法判斷三極管的好壞。
　　4.3三相整流橋模塊檢測
　　以SEMIKRON(西門子)整流橋模塊為例，如附圖所示。將數(shù)字萬用表撥到二極管測試檔，黑表筆接COM，紅表筆接VΩ，用紅、黑兩表筆先后測3、4、5相與2、1極之間的正反向二極管特性，來檢查判斷整流橋是否完好。所測的正反向特性相差越大越好；如正反向為零，說明所檢測的一相已被擊穿短路；如正反向均為無窮大，說明所檢測的一相已經(jīng)斷路。整流橋模塊只要有一相損壞，就應(yīng)更換。
　　4.4逆變器IGBT模塊檢測
　　將數(shù)字萬用表撥到二極管測試檔，測試IGBT模塊C1.E1、C2.E2之間以及柵極G與E1、E2之間正反向二極管特性，來判斷IGBT模塊是否完好。
　　紅、黑兩表筆分別測柵極G與發(fā)射極E之間的正反向特性，萬用表兩次所測的數(shù)值都為最大，這時可判定IGBT模塊門極正常。如果有數(shù)值顯示，則門極性能變差，此模塊應(yīng)更換。當(dāng)正反向測試結(jié)果為零時，說明所檢測的一相門極已被擊穿短路。門極損壞時電路板保護(hù)門極的穩(wěn)壓管也將擊穿損壞。
　　4.5電解電容器的檢測
　　用MF47型萬用表測量時，應(yīng)針對不同容量的電解電容器選用萬用表合適的量程。根據(jù)經(jīng)驗，一般情況下，47μF以下的電解電容器可用R×1K檔測量，大于47μF的電解電容器可用R×100檔測量。
　　將萬用表紅表筆接電容器負(fù)極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬用表指針即向右偏轉(zhuǎn)較大幅度，接著逐漸向左回轉(zhuǎn)，直到停在某一位置(返回?zé)o窮大位置)。此時的阻值便是電解電容器的正向漏電阻。此值越大，說明漏電流越小，電容器性能越好。然后，將紅、黑表筆對調(diào)，萬用表指針將重復(fù)上述擺動現(xiàn)象。但此時所測阻值為電解電容器的反相漏電阻，此值略小于正向漏電阻。即反相漏電流比正向漏電流要大。實際使用經(jīng)驗表明，電解電容器的漏電阻一般應(yīng)在幾百千歐以上，否則將不能正常工作。
　　在測試中，若正向、反相均無充電現(xiàn)象，即表針不動，則說明電容器容量消失或內(nèi)部短路；如果所測阻值很小或為零，說明電容器漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。
　　在路測試：在路測試電解電容器只宜檢查嚴(yán)重漏電或擊穿的故障，輕微漏電或小容量電解電容器測試的準(zhǔn)確性很差。在路測試還應(yīng)考慮其它元器件對測試的影響，否則讀出的數(shù)值就不準(zhǔn)確，會影響正常判斷。電解電容器還可以用電容表來檢測兩端之間的電容值，以判斷電解電容器的好壞。
　　4.6電感器和變壓器簡易測試
　　(1)電感器的測試
　　用MF47型萬用表電阻檔測試電感器阻值的大小。若被測電感器的阻值為零，說明電感器內(nèi)部繞組有短路故障。注意操作時一定要將萬用表調(diào)零，反復(fù)測試幾次。若被測電感器阻值為無窮大，說明電感器的繞組或引出腳與繞組接點處發(fā)生了斷路故障。
　　(2)變壓器的簡易測試
　　絕緣性能測試：用萬用表電阻檔R×10K分別測量鐵心與一次繞組、一次繞組與二次繞組、鐵心與二次繞組之間的電阻值，應(yīng)均為無窮大。否則說明變壓器絕緣性能不良。
　　測量繞組通斷：用萬用表R×1檔，分別測量變壓器一次、二次各個繞組間的電阻值，一般一次繞組阻值應(yīng)為幾十歐至幾百歐，變壓器功率越小電阻值越大；二次繞組電阻值一般為幾歐至幾百歐，如某一組的電阻值為無窮大，則該組有斷路故障。
　　注意：這種測量方法只是一種比較粗略的估測，有些繞組匝間絕緣輕微短路的變壓器是檢測不準(zhǔn)的。
　　4.7電阻器的阻值簡易測試
　　在路測量電阻時要切斷線路板電源，要考慮電路中的其它元器件對電阻值的影響。如果電路中接有電容器，還必須將電容器放電。萬用表表針應(yīng)指在標(biāo)度尺的中心部分，讀數(shù)才準(zhǔn)確。
　　4.8貼片式元器件
　　(1)貼片式元器件種類
　　變頻器電子線路板現(xiàn)在大部分采用貼片式元器件也稱為表面組裝元器件，它是一種無引線或引線很短的適于表面組裝的微小型電子元器件。貼片式元器件品種規(guī)格很多，按形狀分可分為矩形、圓柱形和異形結(jié)構(gòu)。按類型可分為片式電阻器、片式電容器、片式電感器、片式半導(dǎo)體器件(可分為片式二極管和片式三極管)、片式集成電路。
　　(2)貼片式元器件的拆、焊
　　用35W內(nèi)熱式電烙鐵，配長壽命耐氧化尖烙鐵頭。將烙鐵頭上粘的殘留物擦干凈，僅剩有一層薄薄的焊錫。兩端器件的貼片式元器件拆卸、焊接操作比較容易。貼片式集成電路引腳細(xì)且多、引腳間距小，周圍元器件排列緊湊，拆裝不易。它們的拆卸和焊接，在沒有專用工具的條件下是有一定難度的，在此著重介紹貼片式集成電路的拆卸、焊接操作。
　　(3)拆卸方法
　　如已判斷出集成電路塊損壞，用裁紙刀將引腳齊根切斷，取下集成電路塊。注意切割時刀頭不要切到線路板上。然后，用鑷子夾住斷腳，用尖頭烙鐵溶化斷腳上的焊錫，將斷腳逐一取下。
　　(4)焊接方法
　　焊接前，先用酒精將拆掉集成電路塊的線路板銅萡上的多余焊錫及臟東西清理干凈，將集成電路塊的引腳涂上酒精松香水，并將引腳搪上一層薄錫。然后，核對好集成電路引腳位置，將集成電路塊放在待焊的線路板上，輕壓集成電路塊，用電烙鐵先焊集成電路塊四個角上的引腳，將集成電路塊固定好，再逐一對其它各引腳進(jìn)行焊接。為了保證焊接質(zhì)量，焊接時，最好使用細(xì)一些的焊錫絲，如0.6㎜焊錫絲，焊出來的效果好一些。
　　變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器-變頻發(fā)展分析

　　變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。當(dāng)今的運動控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。
　　經(jīng)歷大約30年的研發(fā)與應(yīng)用實踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價格比越來越高，體積越來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的諧波對電機(jī)的影響，二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗（即效率）如何？這里僅以量大面廣的交—直—交變頻器為例，闡述它的發(fā)展趨勢：
　　1、主電路功率開關(guān)元件的自關(guān)斷化、模塊化、集成化、智能化，開關(guān)頻率不斷提高，開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。
　　2、變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面：
　　變頻器的網(wǎng)側(cè)變流器對低壓小容量的裝置常采用6脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化12脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的傳動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙PWM變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。目前，低、中壓變頻器都有這類產(chǎn)品。
　　3、脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）控制、消除指定次數(shù)諧波的PWM控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制（磁鏈跟蹤控制）。
　　4、交流電動機(jī)變頻調(diào)整控制方法的進(jìn)展主要體現(xiàn)在由標(biāo)量控制向高動態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和開發(fā)無速度傳感器的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方面。
　　5、微處理器的進(jìn)步使數(shù)字控制成為現(xiàn)代控制器的發(fā)展方向：運動控制系統(tǒng)是快速系統(tǒng)，特別是交流電動機(jī)高性能的控制需要存儲多種數(shù)據(jù)和快速實時處理大量信息。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機(jī)控制器，價格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運算能力增強(qiáng)10～15倍，以確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。
　　數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運動控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調(diào)整功能）。
　　6、交流同步電動機(jī)已成為交流可調(diào)傳動中的一顆新星，特別是永磁同步電動機(jī)，電機(jī)獲得無刷結(jié)構(gòu)，功率因數(shù)高，效率也高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與電源頻率保持同步。同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)有他控變頻和自控變頻兩大類。自控變頻同步電機(jī)在原理上和直流電機(jī)極為相似，用電力電子變流器取代了直流電機(jī)的機(jī)械換向器，如采用交—直—交變壓變頻器時叫做“直流無換向器電機(jī)”或稱“無刷直流電動機(jī)（BLDC）”。傳統(tǒng)的自控變頻同步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)子位置傳感器，現(xiàn)正開發(fā)無轉(zhuǎn)子位置傳感器的系統(tǒng)。同步電機(jī)的他控變頻方式也可采用矢量控制，其按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制比異步電機(jī)簡單。