变频器故障诊断方法研究

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1、变频器故障诊断方法研究摘要：木文通过对变频器主电路内部结构的研究，从理论方而探索其故障的类型和故障产生的原因。根据变频器故障类型提出了相关的诊断方法，并具体介绍了主回路跳闸和过流故障的解决方法。最后，利用小波分析变换的方法來研究变频器的故障类型,并捉出了具体的实现方法，由于条件的限制，对于仿真环节没有进行相应的研究，这是论文的不足之处。关键词:变频器，主电路，故障诊断，小波分析1引言变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，随着电力电了技术、微电了技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，变频交流调速已经逐渐取代了过去的帘差调速、变极调速、直

2、流调速等调速系统。变频器作为交流调速的主要装置，不仅调速平滑，调速范围大，启动电流小，而H节能效果切显，在工业领域内应用越来越广泛。因此，对于变频器的状态监测和故障诊断的研究，确证设备的正常运行对工业生产具有重婆意义。2变频器基本结构通用型变频器大致包括儿个部分整流电路；b直流小间电路；c逆变电路；d控制电路。具屮产牛町调电压和可调频率的逆变电路是变频器的核心技术。变频器从结构上分为交-交变频器与交-直-交变频器，从变频性质上主要分为电压源型变频器与电流源型变频器。H前国内生产的变频器主要以电压源型交■直■交变频器为主，其主电路结构如图2-1所示

3、。滤波电路R9VD,VD.UDAzsiOH匕制动电路］逆变电路I◄P':2AAARcnI",电机I图2・1变频器主电路图其中IGBT构成了变频器主要硬件，图2-1+主电路功能冇整流电路、滤波电路、逆变电路、限流电路、制动电路、驱动电路、保护电路七个部分。2.1整流电路lllVD,〜刃入组成三和桥式全波整流电路，将三相交流电整流为直流电。2.2滤波电路整流电路输出的直流电压为脉动的直流电压，因而需滤波电路滤去电压波纹，同时它还在整流电路与逆变电路中起到储能作用。2.3逆变电路由开关管％〜人构成逆变电路将直流电压逆变成三相频率、电压可调的交流电以驱动

4、三相电动机，是变频器实现变频的关键环节。2.4限流电路由限流电阻R及开关心构成，由于上电瞬间滤波电容端电压为零，上电瞬间电容充电电流较大，过大的电流可能损坏整流电路，为保护整流电路在变频器上电瞬间限流电阻串联到直流回路中，当电容充电到一定时间后通过开关K,将电阻短路。2.5制动电路由制动电阻Kr及开关管匕构成，主要作川是川于消耗电动机反馈回來的能量，避免过高的泵升电压损坏变频器；变频器功率在18.5kW以下的机型，主电路主要釆用集整流、逆变、制动电路和温度检测为一体的七单元模块构成，22kW及以上的机型采川整流模块和三路两单元逆变模块构成。2.6

5、驱动电路驱动电路是将主控电路屮CPU产生的六个PWM信号，经光电隔离和放人后，作为逆变电路的换流器件提供张动信号。驱动电路因换流器件的不同而异。目前，一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。大部分的变频器采用驱动电路。图2・2是鮫常见的驱动电路，从修理的角度考虑，驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路，三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。图2-2驱动电路2.7保护电路每个品牌的变频器都冇保护功能，冇常规的检测保护电路，软件综合保护功能。冇些变频器的驱动电路模块、智能功率

6、模块、整流逆变组合模块等都具冇保护功能。图2-3所示的电路是较典型的过流检测保护电路。由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。3变频器故障类型及产生原因3.1故障类型尽管变频器已采用多种新型部件和优化结构，但从冃而的元件技术水平和经济性考虑,仍不可避免的采用了寿命相对较越的零部件。•此同吋，还不排除零部件受到安装环境的影响，具寿命可能要比预期的时间要短。变频器的故障率与使用时间的关系Illi线如图3-1所示。图3-1变频器故障率与使用时间关系曲线在图3-1屮，初期故障是指变频器在安装调试和初期运行阶段，由于元器件的某种缺陷或某种外部原因

7、而发生故障。元器件经过器件制造厂家出厂检测，变频器生产厂家进厂入库前的抽样检测，以及变频器出厂前经过严格的整机检测，能使变频器故障率降低到最低程度。山于个别器件存在隐患和现场安装及初期运行时误操作，致使这一期间变频器故障率较高。当变频器投入正常使用示，在较长的一段时间内出现故障的悄况明显减少，这时的故障可能有变频器内部某个器件发纶突发性故障，也可能是由丁使用环境差，便变频器内部引起的故障。由于这种故障偶然性强、较难预料，故称为偶发故障。一般来说，在开发设计阶段有针对性地增加零部件的额定余量，在使用阶段加强维护保养是解决偶发故障的主要手段。磨损故障

8、是临近使用寿命后期而发牛的故障,主要特征是随着时间的推移故障率明显的增加。为了延长变频器的使用寿命，需要对变频器进行定期的检杳和保护，在