变频器原理与常见故障处理方法

技术文章

1变频器基础知识
1.1 变频器的组成

图1 变频器系统框图

变频器是由主回路和控制回路两大部分组成的(见图1)；主回路由整流器（整流模块）、中间电路（滤波电路）和逆变器（大功率晶体模块）三个主要部分组成，控制回路则由单片机、驱动电路和光电隔离等电路组成。
(1)整流器它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压
(2)中间电路的三种作用
● 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用；
● 通过开关电源为各个控制线路供电；
● 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。
(3) 逆变器
将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。
(4) 控制电路
它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、接收控制电路。
控制电路的主要功能是：
● 利用信号来开关逆变器的半导体器件；
● 提供操作变频器的各种控制信号。
当变频器出现故障时，它的保护功能自动运行，变频器立即跳闸，电机由运行状态到停止，报警指示红色发光二极管开始闪亮,液晶显示部分提示报警信息代码或故障内容。这时可以根据信息代码来分析判断变频器的故障范围，如果是软性故障，可将变频器进行断电复位。如还不能恢复正常，只能采用手动或自动初始化，初始化正常后按照参数表重新将数据输入设定。这样，变频器就可以在故障较轻的情况下恢复正常使用。若经以上操作后变频器仍不正常运转，就要根据故障现象来检查变频器损坏的部位，更换元器件或电路板。故障查找时必须按变频器的提示顺序进行。在维修过程中，根据故障情况要用数字万用表来检测电子元器件的好坏，如测量不正确就很可能导致错误判断，这将给维修工作造成困难，希望各位同行注意。

2松下 A4 伺服驱动器维修的参数设定：

1）松下伺服驱动器维修修改参数的操作方法:

A.接通驱动器电源;

B.按操作面板上的“SET”键;

C.按住“MODE”键,选择参数页面 PR _ 00 ;

D.用上○∧ ,下○∨ 按钮,选择你需要修改参数的参数号码PR _ 42 (例修改 42 号参数);

E.按“SET”键,显示原来的参数值00;

F.用左○＜ ,上○∧ ,下○∨ 按钮,改变参数值;

G.修改完毕, 按“SET”键确定。

重复以上 D～G 过程，修改其它参数。修改参数操作完毕，切记选择驱动器 EEPROM 写入模式，保存参数。

H.按住“MODE”键,选择 EEPROM写入模式页面EE _SEt ;

I.按“SET”键, 显示EEP   -;

J.按住上“○∧ ”按钮（约 3 秒钟）。先显示 ------   ;后再显示 StArt 开始写入保存参数。保存完毕,显示（有如下三种可能）:

FINISH. 表示参数写入有效/rESEt.表示参数写入后，需关电源，再开电源才能有效/Error. 表示参数写入无效,重新修改参数操作。

提示：如果写入之前关掉电源，数据将丢失。需重复进行以上步骤。

松下 A4 伺服驱动器维修参数设定步骤：

第一步：松下伺服驱动器维修正常上电后先按参数表将参数输入到驱动器中，并保存到 EEPROM 中。

第二步：移动机床各轴，如运行方向相反可通过改变系统中电机旋转方向参数的设定来改变机床的移动方向。

第三步：Pr22 号参数实时自动增益的机械刚性设定

（1）根据参数表中推荐的数值先设定一个最小的数值，按“SET”键确定。用数控系统手动方式先慢速后快速来回运行该运动轴，如果伺服性能较稳，把 Pr22 号参数增大一级，按“SET”键确定，再往复移动。可重复以上步骤，逐步增大机械刚性设置值，一直到电机产生异常的响声或振荡为止。此时的数值减小一级后可作为 Pr22 号参数的设定值。设定完成后保存到 EEPROM 中。

（2）以上步骤完成后驱动器根据机床的实际情况自动的设置完驱动器的各增益数值。此时需把 Pr21 号参数实时自动增益功能设为无效，设为 0。同时把 Pr31 号参数第一控制切换模式设为 7，（在位置指令有变化时，即选择第二增益）。设定完成后保存到 EEPROM 中。

（3）如果Pr22号刚性参数设不上去，首先考虑机械上有无安装问题。排除后还是设不上去，可通过驱动器陷波频率参数来抑制振动。

（4）以上参数设定好以后，如果电机在停止时，电机出现嗡嗡的共振声，还可以把第一增益设小一些,来减小电机停止时的振动声音。

3丹佛斯变频器VLT5000系列常见故障及处理方法

我公司使用的vlt5000系列变频器在运行中常见的故障有：多种故障错乱出现（报警5、6、7、8）接地故障（报警14）、电机uvw相丢失（报警31.32.33）、通讯故障等。
3.1 开关电源损坏
这是众多变频器常发生的故障，通常是由于开关电源的元器件损坏或负载发生短路造成的，丹佛斯变频器采用了新型脉宽集成控制器uc2844来调整开关电源的输出，同时uc2844还带有电流检测，电压反馈等功能。当发生无显示，控制端子无电压，24v风扇不运转等现象时我们首先应该考虑开关电源是否损坏（一般为uc2844或电阻损坏）。如果不能判断是否电源故障，可以外接24v电源进行测试，测试结果一切正常可以判定为电源故障。
3.2 丹佛斯5011变频器的液晶显示屏上显示字母“14”报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 14”报警，变频器不能工作，重新送电后按reset键能复位，再启动时再次报警，查操作手册为接地报警，检查电机和相关电缆并无接地故障,也就是说故障在变频器。分析电路导致接地报警的原因为霍尔传感器输出电压信号到电流取样板再送到运算放大器进行比较，结果数值过大，（见图2）查检测部分霍尔传感器正常，检测对陶瓷基薄膜集成电阻r501时测其中的一路阻值因腐蚀已变无穷大致使接地不良，造成信号过强，引起报警，无原件更换，在上面焊同阻值大功率贴片电阻，重新启动后运行正常。接地故障是平时经常遇到的故障，在排除电机接地存在问题的原因外，最可能发生故障的部分就是霍尔传感器和信号传输电阻，由于它们受温度、湿度、腐蚀气体等环境因素的影响较大，工作点很容易发生飘移，导致接地报警。

图2 陶瓷基薄膜集成电阻r501故障

3.3 丹佛斯5016变频器“alarm 13”过流报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 13”报警，并能手动复位，不升速时正常，加速时就报警，重新送电，没有听到内部继电器吸合的声音，怀疑为充电电阻r401并联的接触器km1短路导致电流过大引起（见图3），用万用表测km1线圈两端电压正常，停电测线圈直流电阻，为无穷大，换新线圈后上电试车，一切正常。

图3 接触器km1短路导致电流过大

过流原因：
(1) 重新启动时，一升速就跳闸。这是过电流十分严重的现象。主要原因有：接触器开路，负载过重，机械部分故障；逆变模块损坏；电动机的转矩过小等。
(2) 通电后立即报警，这种现象一般不能复位。主要原因有：模块损坏、驱动电路损坏、电流检测电路损坏。
3.4 丹佛斯5006变频器“alarm 8”低压报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 8”报警不能复位，经查线排端子104（1）为电压检测点，信号经ic403输送给控制板，并在内部与参数设定电压做比较，如果低与参数下限，变频器就会停车并报警显示故障（见图4），测104（11）点无电压，正常为2.3v说明故障点在前面，测ic403（3）脚无电压，测d1负极无直流电压，测变压器有交流输出，可以判断为4r7电阻损坏，换电阻后通电，试运行正常。

图4 4r7电阻损坏引起低压报警

3.5丹佛斯5006变频器“alarm 29” 散热片温度过高报警
变频器液晶显示屏上出现“alarm 29”报警不能复位，这是我们常碰到的一个故障。出现这种故障时，我们应首先看一下面板的温度显示是否超出参数设置的上限，如果超出看是否与现实温度相符，如果不相符说明检测电路出现故障，经查显示温度与现实不符，测电路（图5）14v正常，插头两端无电压，查电阻r207、r208阻值为无穷大，更换新件后一切正常。

图5 r207、r208损坏引出的散热片温度过高报警

3.6 丹佛斯5032变频器能启动有频率无电压
变频器显示正常，并能启动且有频率变化但没有交流电压产生，试换控制板故障依旧，说明故障在功率部分，测igbt及相关电路正常，当查到mk1-mk2的排线时，发现排线上有线因腐蚀造成接触阻值过大，用酒精、尖针修理后确切无误后重新通电，一切正常。
3.7 丹佛斯5004变频器屏幕无显示，灯频闪
变频器无显示但灯频闪，换控制板无变化，怀疑电源部分有故障，上电查功率板的电源各输出都有明显的闪动，说明电源有短路故障，断电用手接触各元器件，当接触到图6的ic408时，发现其温度过高，用万用表测量内部已严重短路，换新后通电测各电压正常，带电机试运行，未发现故障。
3.8 丹佛斯5006变频器面板显示时好时坏
变频器面板显示时好时坏，换控制板故障依旧，怀疑为电源接触不良，查各电源一切正常，测功率板到控制板之间的线排，发现有线接触不良，换新后重新上电一切正常。
3.9 整流桥损坏
丹佛斯5004变频器运行时前级保险烧毁，空开跳闸，并且听到变频器内部有异常响动，检查过程中，发现整流桥已损坏，炸出几条明显裂缝，测全桥已经短路，经查整流桥的型号为skb30/12参数是电流30a、耐压1200v完全符合技术要求，因变频器负载是拖辊、刀盘而且停车惯性大，且停车时有再生过电压现象，由于再生功率使直流电路电压升高，有时超过允许值，中间电压＋再生电压超过整流桥耐压值，即为整流桥炸裂的原因。根据以上原因，我们对变频器个别参数进行调整，如减速时间（210）由原5s延长到10s，三相输出u、v、w加压敏电阻（接法为△连接、加压敏电阻的耐压为1000v）。通过以上改进变频器的故障率明显降低。
三相整流桥模块检测方法：将数字万用表拨到二极管测试档，用红、黑两表笔先后测r、s、t相与p、n极之间的正反向二极管特性，来检查判断整流桥是否完好。所测的正反向特性相差越大越好；如正反向为零，说明所检测的一相已被击穿短路；如正反向均为无穷大，说明所检测的一相已经断路。整流桥模块只要有一相损坏，就必须更换。
3.10 igbt的损坏
（1）igbt模块因散热不良导致其损坏
丹佛斯5006变频器在运转中突然发出爆炸声响，同时外接保险烧毁，拆机发现变频器的igbt模块损坏。经过对相关板卡的测试，发现igbt触发线路损坏，测量其他板块正常。在拆卸变频器板卡时发现其电源板和电流检测板上有很多的油污和灰尘。打开变频器的散热片风机，看到散热片上也粘满了油污和杂物，将变频器的散热通道完全堵死。由此推断变频器的igbt模块因散热不良导致其损坏。
● 维修过程：首先将变频器完全拆开，将散热通道的散热片拆下，用空压气体将散热片清理干净， 同时将变频器内部结构件和板卡全部清理干净。安装igbt模块，安装igbt模块时候要按照模块的要求，顺序安装，力矩适度。修理触发线路，然后依次安装其他器件。安装结束后进行静态的测试，静态测试结果良好后进行通电测试和带负载试验。带负载试验合格，顺利完成维修。
● 经验总结：综合不同型号和不同的使用环境中的数台丹佛斯变频器维修情况，总结出变频器igbt模块损坏的主要原因是使用环境的恶劣，使得门极驱动卡上电子元件损坏以及变频器的散热通道堵塞导致。最容易损坏的器件是稳压管及光耦。检查驱动电路是否有问题，可在断电时比较一下各路触发端电阻是否一致。通电开机可测量触发端的电压波形。但是有的变频器不装入模块不能开机，这时在模块p端串入假负载防止检查时误碰触发端或其他线路引起烧坏模块。

4欧陆590维修与调试

欧陆590P故障报警FIELDOVERI（励磁过流）
欧陆590P故障报警SPEEDFEEDACK（速度反馈故障）
欧陆590P故障报警FIELDFAILED（励磁故障）
欧陆590P故障报警3PHASEFAILED（3相故障）
欧陆590P故障报警OVERITRIP（电机电枢过流）


欧陆590维修实例与大家分享一下，欧陆591P/C不在零速修过一个590+的，老是炸可控哇（励磁控制）。板上什么有关的东西都从好板上换过、并且刚开机时能工作几秒钟，测输出电压也是正常的、用了几秒后马上不行啦！（有时候炸半控整流桥，更多的是炸输入保险）。到现在还没弄明白。 老是炸可控硅,原因很多，先挂个假负载试，用灯泡替换。若半控整流桥选用原装的话，肯定是触发电路有问题。 烧毁可控硅的几方面主要原因: 1、 机及线路有损坏。比如碰壳、换向片有损环等，会造成大电流而烧掉可控硅； 2、 可控硅的触发线路。要检查线路有没有插错及松动，线路出问题极容易烧可控硅； 3、 驱动器的电源板的触发电路有问题。此时必需要更换及修理； 4、 可控硅的质量问题。我建议在选用可控硅的时候要注意一点，就是选用同一型号同一品牌的可控硅，个人经验。这个问题，换掉电源板及会部的可控硅，选用可控硅不能马虎啊。当然了最好能一步一步的用排除方法去确定问题所在。

在使用卷径计算功能块时卷径总是不稳定，涨力＋补偿计算器（TENS＋COMPCALC）用于补偿静态和动态的摩擦以及负载惯量。通过把电机转距要求作为速度和加速度的函数来获得补偿。各参数如下：　　 TENS+COMP(张力+补偿)：目的标记号，张力+补偿计算输出；　　 INERTIA COMP（惯性补偿输出）：整个惯性补偿监控点；　　 STATIC COMP（静态补偿）：静态摩擦补偿设置参数；　　 DYNAMIC COMP（动态补偿变）：变化摩擦补偿设置参数；　　 REWIND（卷绕）：当电机改变方向时，转换摩擦补偿信号。这个在线路反转时进行。0--禁止，1--使能；　　 FIX.INERTIA COMP（固定的惯性补偿）：固定惯性设置参数；　　 VAR.INERTIA COMP（变化的惯性补偿）：变化的惯性设置参数；　　 ROLL WIDTH/MASS（卷轴宽度/重量）：依据卷轴宽度换算惯性补偿。100%是最大卷轴宽度；　　 LINE SPEED SPT（线速设定值）：用来对惯性补偿计算线速加速度的速率；　　 FILTER T.C（滤波器时间常数）：从线速输入计算线速加速度的速率，这个值可能有干扰电机转距的大的纹波成分。因此这个信号要被滤掉，根据这个参数滤波器有一个时间常数；　　 RATE CAL（速率计算）：对应最大的线性斜坡速率，换算惯性补偿加速度速成率值到100%。这个参数应该在很短的时间内（几秒钟）设置到最大的线性满速斜玻速率。最终的速率值在NORMASISED dv/dt里可以才看到；　　注：线性斜率在100秒以上，惯性补偿将不工作。因此这个参数被限制到100.00。　　 NORMALISED dv/dt(正常的dv/dt): 　　1、速率计算值=0.00：允许一个外部生成的速率信号使用取代上面描述的计算值。这个速率信号对于最大线路斜坡速率必须正常化为100%。对于大的线性斜坡速率（大于100秒）是非常有用的。　　2、速率计算值不为零：允许内部计算的速率值被监控。　　 TENSIONS CALER（张力换算）：换算直接从锥度计算器连接的张力要求。　　 一般在冷轧机中的张力控制中都会用到此功能模块

5变频器检测方法及注意事项

测试整流电路
　　 找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑
　　 表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P
　　 端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复
　　 以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值
　　 三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥
　　 故障或起动电阻出现故障。
　　测试逆变电路
　　 将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基
　　 本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则
　　 可确定逆变模块故障
　　动态测试
　　 在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意
　　 以下几点:
　　上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机
　　 （炸电容、压敏电阻、模块等）。
　　检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器
　　 出现故障,严重时会出现炸机等情况。
　　上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。
　　如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下
　　 启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模
　　 块或驱动板等有故障
　　在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载
　　 测试。