变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等部分组成,多采用单元化或模块化结构。使用方法不正确或设置环境不合理,都会造成误动作、故障或无法满足预期运行效果。
一、主回路及过流故障分析。故障现象为加速、减速或正常运行时过电流跳闸。应先区分是负载还是变频器本身原因。若是变频器故障,可通过历史记录查看跳闸电流:若超过额定电流或电子热继电器设定值,而三相电压电流平衡,则应考虑过载或突变(如电机堵转);负载惯量较大时可适当延长加速时间(对变频器本身无损坏)。若跳闸电流在额定或电子热继电器设定范围内,则可能IPM模块或相关部分故障。测量主回路输出端子U、V、W与直流侧P、N之间的正反向电阻,可判断IPM模块是否损坏;模块未损坏则为驱动电路故障。减速时IPM过流或对地短路跳闸,多为逆变器上半桥模块或其驱动故障;加速时IPM过流,多为下半桥。此类故障多因外部灰尘进入或环境潮湿引起。
二、主回路元件。主回路由单/三相整流桥、平滑电容、滤波电容、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等组成,常见故障多由电解电容引起。电解电容寿命主要由其端电压与内部温度决定,回路设计已选定型号,故内部温度起决定作用,一般温升每10 ℃寿命减半。一方面安装要考虑环境温度,另一方面可加装改善功率因数的交流或直流电抗器以减少脉动电流、延长电容寿命。维护时通常以静电容量判断劣化:静电容量低于额定值80%、绝缘阻抗5 MΩ以下时应考虑更换。
三、冷却系统。由散热片与冷却风扇组成。冷却风扇寿命较短,临近寿命时振动、噪声增大直至停转,变频器IPM过热跳闸。风扇寿命受轴承限制,约10000~35000 h,连续运转时2~3年需更换一次风扇或轴承。为延长寿命,部分产品风扇仅在变频器运转时运行。
四、控制回路。影响控制回路寿命的主要是电源部分,即平滑电容与IPM电路板中的缓冲电容,原理同前述,但所通脉动电流基本为不受主回路负载影响的定值,故寿命主要由温度与通电时间决定。因电容焊接于电路板,难以直接测静电容量,一般按环境温度与使用时间推算是否接近寿命。电源电路板向控制回路、IPM驱动、面板显示及风扇供电,这些电源多由主电路直流电压经开关电源整流获得;某一路短路除本路整流电路受损外,还可能影响其他电源,如误操作使控制电源与公共接地短接会损坏开关电源,风扇电源短路会导致其他电源断电。一般观察电源电路板即可发现。
逻辑控制电路板是变频器核心,集成CPU、MPU、RAM、EEPROM等大规模集成电路,可靠性高、自身故障概率小,但有时会因开机使全部控制端子同时闭合而报EEPROM故障,只需对其重新复位。IPM电路板含驱动、缓冲及过压、缺相保护电路;逻辑控制板的PWM信号经光耦合输入IPM模块,检测模块时还应测量IPM模块上的光耦。