变频器调试与保养

1 引言

　　进入21世纪来，随着国内变频调速技术的不断成熟和提高，变频器由于调速范围宽、精度高、稳定性高、电机调速特性硬、节能效果显著等特点，已取代了传统的直流调速及液力耦合、液阻和电磁等调速成设备，广泛应用于国民经济的各行各业。其中变频器的安装、调试、维护以及故障处理问题，困扰了许多变频器代理商、电气工程师、直接用户。为了便于读者理解和具有可操作性，结合本人的工作实践，以某品牌变频器为例，对变频器及其电动机系统的安装与调试、故障分析与处理、保养与维护等积累的经验与同行分享。

2 变频器的调试及注意事项

　　2.1调试前的注意事项

　　（1） 掌握和熟悉面板操作键

　　变频器都有操作面板，品牌不同，功能大同小异。举例变频器操作面板由四位led数码管监视器、发光二板管指示灯、操作按键组成。如图1所示。

　　操作按键有：运行键（run）、停止/复位键（stop/reset）、编程键（prg）、退出键（esc）、多功能键（m）、移位键（》》）、正反转键（fwd/rev）等七个键，以及一个电位器旋钮组成。在开始调试前，现场人员首先要结合操作手册，掌握和熟悉变频器操作面板各功能键的作用。

　　（2） 通电前检查

　　变频器调试前首先要认真阅读产品技术手册，特别要看是否有新的内容增加和注意事项；

　　对照技术手册，检查它的输入、输出端是否符合技术手册要求；

　　检查接线是否正确和紧固，绝对不能接错与互相接反；

　　屏蔽线的屏蔽部分是否按照技术手册规定的那样正确连接。

　　（3） 通电检查与调试

　　变频器在断电检查无误的基础上，确立变频器通电检查和调试的内容、步骤。应采取 的基本步骤有：

　　带电源空载测试；

　　带电机空载运行；

　　带负载试运行；

　　与上位机联机统调等。

　　2.2 接电源空载试运行

　　接入三相交流电源后，先按点动键（m）试运行，再按运行键（run）运行变频器到50hz，用万用表测量变频器的三相输出（u/t1、v/t2、w/t3），相电压应平衡（370v～420v）；测量直流母线电压应在（500v～600v）。然后按停止键（stop/reset），待频率降到0hz时，再接上电机线。

　　2.3 带负载试运行

　　（1） 设置电机的极数、额定功率、额定转速、额定电流，要综合考虑变频器的工作电流；

　　（2） 选择参数自整定功能的执行方式

　　静止参数自整定，在电机不能脱开负载的情况下进行参数自整定；

　　旋转参数自整定，在电机可脱开负载的情况下进行参数自整定；

　　注：启动参数自整定时，请确保电机处于静止状态，自整定过程中若出现过流过压故障，可适当延长加减速时间。

　　（3） 设定变频器的上限输出频率、下限输出频率、基频、设置转矩特性；

　　（4） 将变频器设置为自带的键盘操作模式，按手动键、运行键、停止键，观察电机是否反转，是否能正常地启动、停止；

　　（5） 熟悉变频器发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以进行修改。

　　2.4 系统调试

　　（1）手动操作变频器面板的运行、停止键，观察电机运行、停止过程以及变频器的显示窗口，看是否有异常现象。如果有现象，相应的改变预定参数后再运行；

　　（2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。

　　检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启动、制动的场合。

　　（3）如果变频器在限定的时间内仍然保护，应改变启动/停止的运行曲线，从直线改为s形、u形线或反s形、反u形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

　　（4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增大电流限定的保护值，但是不能取消保护，应留有至少5%-10%的保护余量，此功能对速度或负载急剧变化的场合尤其适用。

　　（5） 如果变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：

　　系统发生机电共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。v/f控制的变频器驱动异步电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动，在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。

　　电机的转矩输出能力不够，不同品牌的变频器出厂参数设置不同，在相同的条件下，带载能力不同，也可能因变频器控制方法不同，造成电机的带载能力不同；或因系统的输出效率不同，造成带载能力会有所差异。对于这种情况，可以增大转矩提升值。如果达不到，可用手动转矩提升功能，不要设定过大，电机这时的温升会增加。如果仍然不行，应改用新的控制方法，比如采用v/f比值恒定的方法，启动达不到要求时，改用无速度传感器矢量控制方法，它具有更大的转矩输出能力。对于风机和泵类负载，应减少转矩的曲线值。

　　2.5变频器与上位机进行系统调试

　　在自动化系统中，变频器与上位机串行通讯的应用越来越广泛，通过与远程控制系统的连接，可以实现：

　　（1） 变频器控制参数的调整；

　　（2） 变频器的控制及监控；

　　（3） 变频器的故障管理及其故障后重新起动。

　　因而，许多用户在选择变频器时，对变频器的通讯功能提出了更多严格的要求，需要变频器与上位机控制系统、plc控制器、文本显示器人机界面和触摸屏人机界面等设备实现快速准确的数据交换，以保证控制系统功能的完整。

　　2.6 进行系统调试的注意事项

　　（1）在手动的基本设定完成后，如果系统中有上位机，将变频器的控制线直接与上位机控制线相连，要考虑并将变频器的操作模式改为上位机运行命令给定。根据上位机系统的需要，调定变频器接收频率信号端子的量程0-5v或0-10v，以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。如果需要另外的监视表头，应选择模拟输出的监视量，并调整变频器输出监视量端子的量程。

　　（2） 变频器与上位机联机调试时可能会遇到的问题

　　上位机给出控制信号后，变频器不执行或不接收指令；

　　上位机给出控制信号后，变频器能执行指令但有误差或不精确。

　　原因：有的上位机（如plc）一般输出的是24v的直流信号，而变频器的主控板端子只接收无源信号，如果直接从plc端子放线到变频器的主控板端子，变频器是不会有动作的，这时应考虑外加24v直流继电器，输出一个开关信号到变频器的主控板端子，同时也能提高抗干扰能力。同时检查变频器的支持协议与接口方式是否正确。

　　以上是变频器-交流电动机v/f控制模式的基本调试过程。系统能否安全可靠运行，变频器及带载的整个安装调试过程十分重要。这里要特别提醒的是，首先要认真阅读产品技术手册，对照手册一一检查变频器的硬结构，掌握其特点，然后按以上建议的步骤，分步调试。

3 变频器的保养和维护

　　由于变频器使用环境的变化，如温度、湿度、烟雾等的影响，以及变频器内部元器件的老化等因素，可能会导致变频器发生各种故障。因此，在存贮、使用过程中必须对变频器进行日常检查；为了降低故障发生率，延长变频器使用寿命，需要对变频器进行定期保养与维护。

　　3.1 日常维护

　　系统正常开启时，要特别注意有无异常情况，具体如下：

　　（1） 电机是否有异常声音及振动；

　　（2） 变频器及电机发热无异常，无烧焦气味；

　　（3） 工作环境温度是否良好；

　　（4） 负载电流表是否与往常值一样；

　　（5） 变频器的输入电流、输入电压在正常工作允许范围内。

　　（6） 变频器的输出电流、输出电压在额定值范围内，（允许电流短时过载）。

　　（7） 变频器的冷却风扇是否正常运转，无污垢、棉絮堵塞风道。

　　3.2 定期维护

　　变频器要定期检查和保养。变频器检查时，一定要切断电源，待监视器无显示及主电路电源指示灯熄灭后，才能进行检查。根据经验，需定期检查的项目、内容和对策如下表1所示。

　　3.3绝缘测试

　　变频器出厂时已经进行过绝缘测试工，一般情况尽可能不要再进行绝缘测试工，如必须测试，应严格按以下步骤进行，否则可能造成变频器损坏。

　　断开所有控制板电路的连接线，以防止试验电压接入控制电路损坏控制板；先拆下变频器主回路的接线，再将主回路的端子都短接起来，具体如下图2所示，用dc500v级兆欧表测量它们与接地端子e间的绝缘电阻，兆欧表指示值≥20mω为正常。

　　3.4变频器的故障分析与措施

　　变频器常见故障列表如表2，供现场技术人员参考。

4 变频器主回路故障简易判断方法

　　变频器主回路如图3所示。在日常维护中，技术人员可凭借数字式万用表可简单判断主回路的整流桥、igbt、ipm器件等是否损坏。为了人身安全，必须确保变频器断电，等待3～5min后，拆除变频器三相交流输入端子（r/l1、s/l2、t/l3）和变频器三相交流输出端子（u/t1、v/t2、w/t3）后方可操作。

　　以下是变频器主回路静态判断，实际判断以带电机测试为准，但可为现场简易判断提供参考。

　　首先把数字万用表打到“二极管”档，然后通过数字万用表的红色表笔和黑色表笔按以下步骤检测变频器主回路（见图4）：

　　（1）数字万用表黑色表笔接触直流母线的正极（p+），红色表笔依次接触变频器输出端子（u/t1、v/t2、w/t3），记录万用表上的显示值；然后再把红色表笔接触（n），黑色表笔依次接触（u/t1、v/t2、w/t3），记录万用表的显示值；六次显示值如果基本平衡，则表明变频器igbt逆变模块无问题，反之相应位置的igbt逆变模块损坏。检查现象是：无输出或报“ocu1”故障。如图4中（a）所示。

　　（2）数字万用表黑色表笔接触直流母线的正极p（+），红色表笔依次接触变频器输入端子（r/l1、s/l2、t/l3），记录万用表上的显示值；然后再用数字万用表红色表笔接触（n），黑色表笔依次接触变频器输入端子（r/l1、s/l2、t/l3），记录万用表的显示值；六次显示值如果基本平衡，则表明变频器二极管整流或软启电阻无问题。反之相应位置的整流模块或软启电阻损坏，检查现象是：无显示或报欠压故障，如图4中（b）所示。

5 结束语

　　本文根据作者的工作经验，以一品牌变频器为例，介绍了变频器的安装、调试、故障处理、保养与维护等基本事项；期望对业界同仁们在电气传动设备技术改造和推进高新技术产品的普及应用工作中能有所参考与借鉴，减少由于低级错误而引发重大的经济损失。