西門子TSY同步板

如果是老變頻器，也就是使用了一段時間以后的變頻器，往往是因為風扇堵塞或者風扇壞了引起的過熱報警，清潔一下風扇上的垃圾或者更換掉風扇就好了，

電子產品需要在一定環(huán)境溫度下工作

任何電子產品，都只能在一定的溫度范圍內才可以正常工作，**出這個范圍，溫度太高或者太低，都無法持續(xù)運行，這是由于電子元件的材料會發(fā)生變化，引起電子產品本身失去自身的功能。

變頻器也是一種電子產品，當然也不能**溫度使用的，如果變頻器長期在高溫環(huán)境下運行，除了性能不穩(wěn)定，縮短壽命外，有些甚至很快直接壞掉。

變頻器本身就有冷卻系統(tǒng)，常見的是變頻器上邊裝有冷氣風扇，而模塊等大功率配件安裝在大型散熱片上，能有效地降溫。

一般變頻器設計的運行環(huán)境溫度，往往是零下10°到零上50°，在工廠里邊，往往在不宜**過45°的工作環(huán)境中使用。廠家設計時候考慮到這些細節(jié)了，所以設計了溫度檢測裝置，當變頻器內部溫度**一定門檻，就會直接讓CPU控制變頻器，讓它停止工作，避免溫度太高直接傷害到變頻器本身。

因此如果變頻器出現(xiàn)過熱自動保護而停止工作，需要**時間檢查環(huán)境溫度是否太高了，如果溫度太高了，是不宜長期使用變頻器的，需要考慮單獨設計獨立的降溫系統(tǒng)來保證變頻器的繼續(xù)使用。

負載過大，選型錯誤或者安裝不正確

變頻器因為電流比較大，發(fā)熱厲害，即使一些場合溫度沒有那么高，但是因為負載功率過大，容易造成變頻器本體發(fā)熱而產生高溫觸發(fā)溫度保護機制。

有些頻繁啟動停止的變頻器，長期工作時候發(fā)熱量比較大，除了考慮環(huán)境的通風和冷卻以外，還要在選型的時候保證正確，需要選大一點容量，比如電機是22KW的，而變頻器需要選30KW的。

一些國產的牌子，雖然名義上變頻器的容量足夠，不排除因為偷工減料，模塊的規(guī)格沒有設計合適，在負載比較重的場合，也應該考慮放大一號來使用。

當變頻器容量對比負載容量不足的時候，運行一段時間后，不排除會出現(xiàn)過熱過流報警之類而停機，這種情況時候更換大一點的變頻器規(guī)格了。

變頻器安裝，需要直立安裝，這樣散熱風機帶動的氣流才可以順利把內部的熱量及時散發(fā)出去。如果場合因為體積問題，無法這樣安裝，需要給變頻器單獨加散熱裝置。

多臺變頻器一起安裝在一個柜子里邊，也需要讓變頻器之間保留一定的距離，而變頻器的上部，要離開線槽等部件一定距離，這樣可以讓熱量順利散發(fā)，避免過熱停機。

變頻器內部電路有問題

變頻器一般在底部安裝了熱敏電阻之類的元件，直接檢測散熱片的溫度，如果熱敏電阻老化了，或者壞掉了，會直接引起測量失誤，造成錯誤停車報警。

而熱敏電阻需要經過一些阻容或者運放三極管之類的元件處理信號，再把信號傳輸?shù)絾纹瑱C里邊進行**溫判斷，如果這些電路老化或者損壞了，同樣會造成變頻器誤報警動作停機。

大多數(shù)變頻器的還在散熱風扇里邊設置了熱敏電阻，如果這個電阻壞了，或者是更換了不帶熱敏電阻的風扇，并沒有及時屏蔽這個檢測電路，同樣會引起誤動作。

介紹變頻器在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用實例，介紹變頻器常見故障原因處理和日常維護事項。

火力發(fā)電廠中各種輔機為滿足主機出力波動要求，多數(shù)風機和水泵的流量均需要調節(jié)，傳統(tǒng)的調節(jié)方式為節(jié)流調節(jié)，存在反應慢、調節(jié)精度低、能耗大等問題。而變頻器作為一種電能控制裝置，以其調節(jié)性能優(yōu)良、節(jié)能效果好等因數(shù)，已被廣泛應用在電廠的風機、水泵等流量調節(jié)和速度調節(jié)中。

變頻器在垃圾發(fā)電廠應用實例

1 變頻器在引風機應用

引風機是電廠的重要設備，通過控制引風機的開度調節(jié)風量，維持爐膛負壓在一定范圍內運行。如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴爐內空氣，既影響車間環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設備和人員的安全；負壓太大，爐膛漏風量增大，增加風機的電能消耗和煙氣熱量損失。因此控制引風機的開度，穩(wěn)定爐膛負壓，對保證鍋爐的安全、經濟運行具有十分重要意義。

環(huán)能一廠機組設計出力為6MW，鍋爐為機械爐排垃圾焚燒爐，引風機額定風量為95040m3/h、風壓為6600Pa，所配的電動機額定功率為250KW，額定電壓為380V，額定電流455A，電機調速采用ABB ACS600變頻器以實現(xiàn)風機開度調節(jié)。

引風機運行操作主要通過DCS控制，運行方式分為手動控制和爐膛負壓PID調節(jié)自動控制兩種，正常運行時，引風機出口風門擋板全開（**指令狀態(tài)），由PID調節(jié)器通過控制風機轉速穩(wěn)定爐膛負壓。所有數(shù)字量輸入、輸出接口模塊主要是接受外圍遠程控制信號，實現(xiàn)引風機的聯(lián)鎖保護、閉鎖邏輯和控制功能。同時變頻器還對電動機進行保護。

2 變頻器在起重機的應用

垃圾焚燒電廠中所有進廠垃圾都是先存儲在垃圾坑里，一般堆放約3～5天，充分發(fā)酵后才投入焚燒爐燃燒，在投入時就使用垃圾起重機將垃圾投入給料斗。

環(huán)能一廠起重系統(tǒng)是由兩臺垃圾起重機組成，每臺垃圾起重機都有獨立的電動機控制系統(tǒng)和供操作人員使用HMI控制盤和PC機。操作方式分手動或自動以及半自動模式。其中大車電機、小車電機和提升電機均采用芬蘭生產的DYNA V55F36變頻器進行控制。

起重機傳統(tǒng)的調速方式大多為轉子串電阻分級調速，在實際應用中存在以下弊端：

1）控制精度差。采用電動機轉子串電阻調速，屬于有級調速，在不同速度段的切換中存在速度跳躍，其控制比較粗糙，定位不準確。

2）工作可靠性不高。由于在電動機轉子側串接的電阻很多，而在分段調速過程中采用接觸器短接上一級電阻，接觸器的壽命主要體現(xiàn)在它的機械部分的壽命，常因過流使觸點粘在一起，無法實現(xiàn)切換，進而造成**速等事故發(fā)生，嚴重影響系統(tǒng)的可靠性。

3）維護工作量大。由于采用接觸器對電阻進行分段切換，因此必須經常對接觸器進行維護，大大增加維護人員的工作強度。

4）耗能。電動機轉子串電阻調速是一種轉差功率消耗性的調速方式，在整個調速過程中，大量的電能被消耗在電阻上，非常不經濟。

5）穩(wěn)定性差。電動機轉子串電阻調速，當在低速運行時，穩(wěn)定性差。因為速度越低，特性越軟，負載轉矩波動時，引起轉速變化大，使運行穩(wěn)定性差。

通過采用變頻器取代，具有以下優(yōu)勢：

1）控制精度高。能使交流電動機的調速性能與直流電動機的幾乎相等，實現(xiàn)精確控制。西門子TSY同步板

2）工作可靠性高。變頻器采用的是電子器件，壽命長，且有完善的保護功能。

3）維護工作量大大減少、實現(xiàn)無級調速，調速范圍。

4）節(jié)能效果明顯。特別是在提升機上，當提升機處于提升狀態(tài)時，電動機處于電動狀態(tài)，由于提升屬恒轉矩負載，其轉速降低多大比例節(jié)能就為多大比例。當電動機處于下降狀態(tài)時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，將勢能轉化為電能。

變頻器常見故障分析及處理

變頻器一般具有高度的智能化水平和完善的故障檢測電路，并能對所有的故障進行精確的定位，在HMI界面做出提示。在實際應用中經常遇到故障主要有光纖故障、過電壓故障、缺相故障、過熱故障、驅動故障等，現(xiàn)就這些故障發(fā)生的原因和處理方式作簡要分析。

1 光纖故障

在變頻器中功率單元屬于高壓部分（動力部分），控制器屬低壓部分，為實現(xiàn)低壓與高壓隔離，已保證較高的安全性，同時控制器與功率單元有一定的安全距離，為保證在遠距離信號傳輸中仍然具有很好的抗電磁干擾性能，控制器與功率單元之間采用光纖通信技術，光纖及光纖信號發(fā)送/接收器作為控制器與功率單元的通信介質。

出現(xiàn)光纖故障一般有以下幾種情況：

功率單元與控制器之間的光纖連接頭脫落或者接觸不良；光纖信號發(fā)送/接收器內部積灰嚴重；光纖折斷；光纖通信電路控制板部分器件損壞或者受溫度影響工作不穩(wěn)定，如器件老化、芯片插座松動等。出現(xiàn)光纖故障時，首先需要判斷是功率單元側出現(xiàn)故障還是控制器側故障，在不明確哪一側的情況下，應在變頻器斷電后，根據HMI界面的故障記錄用備用功率單元替換所懷疑有故障的功率單元，然后重新上電，如果故障消失則可判定屬功率單元故障，如果故障依然存在則應是控制單元故障，此時應更換控制器中的光纖通信板。

2 過電壓故障

變頻器過電壓故障是各種功率單元內直流母線電壓達到危險程度后采取的保護措施，在處理此類故障時要分析清楚故障原因，有針對性地采取相應的措施去處理。

正常情況下，直流母線為三相交流輸入線電壓的峰值，即如輸入為AC400V，則直流母線電壓Ud=1.411×400=565.6V。在過電壓發(fā)生時，直流母線的儲能電容電壓將上升，但電壓上升到一定值時（通常為正常值的10%～20%），變頻器的過電壓保護動作。

而引起變頻器中間直流回路過電壓的原因主要有兩方面:

1）來自電源輸入側的過電壓。

正常情況下輸入電壓波動在額定電壓-10%～10%以內，但是特殊情況下，電源電壓波動可能過大，由于直流母線電壓隨電源電壓上升，達到保護值時變頻器就因過電壓保護跳閘。電源輸入側過電壓主要由于電源側沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補償電容在投入或退出時形成的過電壓等。主要特點是電壓變化率du/dt和幅值都很大，此時較好斷開電源進行檢查處理。

2）來自負載側過電壓。

由于某種原因使電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)，即電動機實際轉速比變頻器頻率決定的同步轉速高時，負載的傳動系統(tǒng)所儲存的機械能經電動機轉換成電能，通過各個功率單元逆變橋的四個IGBT管中的續(xù)流二極管返回到直流母線，這些能量導致直流回路的電解電容的電壓迅速上升引起過電壓。

其現(xiàn)場操作的主要處理方法是延長變頻器減速時間參數(shù)，當變頻器拖動大慣性負載時，由于減速時間設定過小，在減速過程中，變頻器減速速度過快，而負載由于依靠其自身阻力減速的比較慢，使負載拖動電動機的速度大于變頻器頻率所對應的速度，電動機處于發(fā)電狀態(tài)。

有些變頻器還設置防止減速過電壓功能，即在減速過程中，檢測直流母線電壓達到一定值時，變頻器的輸出頻率不再下降，暫緩減速，待直流母線電壓下降后再繼續(xù)減速，避免出現(xiàn)直流母線過電壓。

3 缺相故障

缺陷故障保護是指變頻器各功率單元交流輸入側電壓三相中至少有一相缺少而采取的保護，出現(xiàn)缺相時會引起整流模塊發(fā)熱、過流以及直流母線電壓降低，雖然在缺相狀態(tài)下設備也能繼續(xù)運行，但整流橋中個別器件電流過大及電解電容的脈沖電流過大，長期運行將對變頻器的壽命和可靠性造成不良影響，應及時處理。處理時應根據具體原因進行。

主要原因有：電網發(fā)生故障或輸入電源缺相；移相整流變壓器二次側短路；整流變壓器三相進線接線螺栓松動，或者整流變壓器與功率單元的連接線路松動故障等；缺相檢測保護電路異常，這種情況更換檢測板即可。

4 過熱故障

變頻器在運行中由于功率器件整流橋、IGBT管、移相整流變壓器等自身消耗功率會散熱，內部溫度較高，如果熱量不及時散出，長期對變頻器的壽命大大降低，嚴重時會引起元器件損壞，功率單元過熱保護主要是功率器件在一定電流下運行，器件基板的溫度達到規(guī)定的溫度時采取的一種保護措施，變頻器元器件消耗功率主要包括通泰損耗和開關損耗，其結果使基板溫度tc和半導體結溫tj上升。

一般能引起功率單元過熱原因有以下幾方面：環(huán)境溫度過高，散熱效果差，變頻器內部溫度高；測溫元件連接線斷開或元件出現(xiàn)故障；功率單元冷卻風機故障；進風口或出風口不通暢，風道阻塞或濾網堵塞；變頻器長時間過載運行；過溫監(jiān)測電路出現(xiàn)異常。

變頻器出現(xiàn)過熱故障時，可按以上原因排除處理。

5 驅動單元故障

IGBT是變頻器較關鍵的功率器件，具有電流容量大、工作頻率范圍寬能優(yōu)點。對IGBT管的保護一般都為過電流保護，即IGBT保護電路檢測輸出端或者直流環(huán)節(jié)的總電流，當電流**過設定值時，比較器翻轉封鎖所有的IGBT驅動器的輸入脈沖，使輸出電流降為零，同時給CPU處理器發(fā)出故障信號。

通常引起變頻器驅動故障原因有以下幾種：變頻器輸出短路；功率單元內IGBT被擊穿；驅動檢測電路損壞；檢測電路被干擾。

通常情況下，變頻器出現(xiàn)驅動故障后，要杜絕輕易貿然復位變頻器后再次重新啟動，以防止變頻器的二次損壞。正確處理措施是根據監(jiān)控界面的故障定位找到相應的模塊，拆開檢查IGBT是否損壞。

具體判斷方法是：找到功率單元內部直流母線的正極V+及負極V-，用數(shù)字萬用表二極管檔，將黑表筆接到V+，紅筆分別接到U、V上，此時表指示數(shù)值應該顯示在0.4左右，反向則應該顯示無窮大；將紅表筆接到V-上，重復以上步驟，應得到相同的結果，否則可判斷IGBT管已損壞。

變頻器維護和檢查項目及注意事項

1 變頻器雖然具有較高的可靠性，但現(xiàn)場的維護檢查也是決定設備長期穩(wěn)定運行的重要因數(shù)，其日常檢查主要項目如下

檢查所屬輔機（電動機運轉正常）；檢查變頻器溫度、通風情況，保證變頻器良好的通風散熱條件；檢查變頻器是否有異常聲響、異味，柜體是否發(fā)熱、異常震動；檢查輸入/輸出電壓、電流情況是否在正常范圍內；注意在柜子周圍不應有蒸汽等氣源，否則會嚴重損壞變頻器；新入變頻器一個月后，應將主回路的電纜連接緊固；以后半年緊固一次，用吸塵器清除柜內灰塵；如果變頻器長期未投入使用，建議半年通電一次，每次時間不少于1小時；當空氣濕度較大是否也應上電，這樣可以防止變頻器內器件及電路板受潮，又可激活電解電容，防止變頻器內的電解電容發(fā)生漏電、耐壓降低的劣化現(xiàn)象。2 進行變頻器維護和檢查應注意以下幾方面

變頻器運行環(huán)境要防靜電和電磁干擾，濕度、溫度、粉塵均需達到規(guī)定要求，盤柜所有電纜進線應封堵，運行過程不允許長時間打開柜門；在檢查過程應注意變頻器功率單元中的電容器殘余電壓，經充分放電后才可進行；不允許用絕緣電阻表測量變頻器的輸出絕緣，否則會使功率單元的元器件受損。結論

實踐證明，變頻器在垃圾發(fā)電廠輔機的應用，不僅可以提高其自動化程度，同時也起到很好的節(jié)能效果。但由于垃圾發(fā)電廠自身特點（如車間含有較多的酸性和腐蝕性氣體、運行調整操作頻繁等）約束，在實際運行中，為確保變頻器工作可靠性以及使用周期，應加強對變頻器運行維護，故障時應能根據報警信息準確判斷故障性質，及時采取有效措施，以便**時間恢復生產。

要想做好變頻器維修，當然了解變頻器基礎知識是相當重要的，也是迫不及待的。下面我們就來分享一下變頻器維修基礎知識。

變頻器維修入門－－電路分析圖 對于變頻器維修，僅了解以上基本電路還遠遠不夠的，還須深刻了解以下主要電路。主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。下圖是它的結構圖。

變頻器基本電路圖分析

目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交—直—交型變頻器，通常尤以電壓器變頻器為通用，其主回路圖（見圖1.1），它是變頻器的**電路，由整流回路（交—直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直—交變換）組成，當然還包括有限流電路、制動電路、控制電路等組成部分。

1、整流電路

如圖1.2所示，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進行整流，經中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一般需經過吸收電容和壓敏電阻網絡引入整流橋的輸入端。網絡的作用，是吸收交流電網的高頻諧波信號和浪涌過電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當電源電壓為三相380V時，整流器件的較大反向電壓一般為1200—1600V，較大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。

2、濾波電路

逆變器的負載屬感性負載的異步電動機，無論異步電動機處于電動或發(fā)電狀態(tài)，在直流濾波電路和異步電動機之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖。同時，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾波的作用。

通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個電容器串聯(lián)和并聯(lián)構成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因為電解電容器容量有較大的離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個阻值等相的勻壓電阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會嚴重制約變頻器的壽命。

3、逆變電路

逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率和電壓都可以任意調節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的**電路之一，起著非常重要的作用。

較常見的逆變電路結構形式是利用六個功率開關器件（GTR、IGBT、GTO等）組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器**率開關器件的導通與關斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。

通常的中小容量的變頻器主回路器件一般采用集成模塊或智能模塊。智能模塊的內部高度集成了整流模塊、逆變模塊、各種傳感器、保護電路及驅動電路。如三菱公司生產的IPMPM50RSA120，富士公司生產的7MBP50RA060，西門子公司生產的BSM50GD120等，內部集成了整流模塊、功率因數(shù)校正電路、IGBT逆變模塊及各種檢測保護功能。模塊的典型開關頻率為20KHz，保護功能為欠電壓、過電壓和過熱故障時輸出故障信號燈。

逆變電路中都設置有續(xù)流電路。續(xù)流電路的功能是當頻率下降時，異步電動機的同步轉速也隨之下降。為異步電動機的再生電能反饋至直流電路提供通道。在逆變過程中，寄生電感釋放能量提供通道。另外，當位于同一橋臂上的兩個開關，同時處于開通狀態(tài)時將會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實際的通用變頻器中還設有緩沖電路等各種相應的輔助電路，以保證電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時，對換流器件進行保護 .

4、驅動電路

驅動電路是將主控電路中CPU產生的六個PWM信號，經光電隔離和放大后，作為逆變電路的換流器件（逆變模塊）提供驅動信號。

對驅動電路的各種要求，因換流器件的不同而異。同時，一些開發(fā)商開發(fā)了許多適宜各種換流器件的**驅動模塊。有些品牌、型號的變頻器直接采用**驅動模塊。但是，大部分的變頻器采用驅動電路。從修理的角度考慮，這里介紹較典型的驅動電路。圖二是較常見的驅動電路（驅動電路電源見圖2.3）。

驅動電路由隔離放大電路、驅動放大電路和驅動電路電源組成。三個上橋臂驅動電路是三個獨立驅動電源電路，三個下橋臂驅動電路是一個公共的驅動電源電路。

5、保護電路

當變頻器出現(xiàn)異常時，為了使變頻器因異常造成的損失減少到較小，甚至減少到零。每個品牌的變頻器都很重視保護功能，都設法增加保護功能，提高保護功能的有效性。

在變頻器保護功能的領域，廠商可謂使盡解數(shù)，作好文章。這樣，也就形成了變頻器保護電路的多樣性和復雜性。有常規(guī)的檢測保護電路，軟件綜合保護功能。有些變頻器的驅動電路模塊、智能功率模塊、整流逆變組合模塊等，內部都具有保護功能。

圖四所示的電路是較典型的過流檢測保護電路。由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成。

6、開關電源電路

開關電源電路向操作面板、主控板、驅動電路及風機等電路提供低壓電源。圖五富士G11型開關電源電路組成的結構圖。

直流高壓P端加到高頻脈沖變壓器初級端，開關調整管串接脈沖變壓器另一個初級端后，再接到直流高壓N端。開關管周期性地導通、截止，使初級直流電壓換成矩形波。由脈沖變壓器耦合到次級，再經整流濾波后，獲得相應的直流輸出電壓。它又對輸出電壓取樣比較，去控制脈沖調寬電路，以改變脈沖寬度的方式，使輸出電壓穩(wěn)定。

7、主控板上通信電路

當變頻器由可編程（PLC）或上位計算機、人機界面等進行控制時，必須通過通信接口相互傳遞信號。圖六是LG變頻器的通訊接口電路。

頻器通信時，通常采用兩線制的RS485接口。西門子變頻器也是一樣。兩線分別用于傳遞和接收信號。變頻器在接收到信號后傳遞信號之前，這兩種信號都經過緩沖器A1701、75176B等集成電路，以保證良好的通信效果。

所以，變頻器主控板上的通信接口電路主要是指這部分電路，還有信號的抗干擾電路。

8、外部控制電路

變頻器外部控制電路主要是指頻率設定電壓輸入，頻率設定電流輸入、正轉、反轉、點動及停止運行控制，多檔轉速控制。頻率設定電壓（電流）輸入信號通過變頻器內的A/D轉換電路進入CPU。其他一些控制通過變頻器內輸入電路的光耦隔離傳遞到CPU中。

西門子TSY同步板

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