功夫在诗外！“修理高手”也“缴械投降”的变频器维修知识！

机械工业出版社E视界

功夫在诗外：故障还是异常？

维修中会碰到一些异常现象，有的似故障而非故障，有的似非故障而实为故障。其故障成因，教科书中很难查到它们，由于变频器电路构成的特点和现象的特殊性，对一些老师傅也属于“新领域”，咨询老师傅也说不出所以然。

一台微能WIN—G9型75kW变频器试运行中的奇怪现象——空载电流竟大于额定电流，变频器究竟是好的还是坏的，该台维修后的变频器能投入运行吗？

起因：一水泥厂用户送修一台75kW微能WIN—G9变频器，故障原因是运行中，变频器机壳内突然跳火冒烟，变频器停机。检查，该机器的电源输入电路为三相半控桥，利用其可控整流原理，对直流主回路储能电容进行“软充电”，省去了小功率变频器常用的充电接触器。实际上半控桥在这这里相当于无触点软充电开关。检查发现，其中一只可控硅模块的端子有明显电弧闪络烧灼的迹象，但测量并不短路。在拆卸中发现很轻易便将固定螺帽卸下，闪络原因似乎是连接螺丝过松，引起接触不良所致。该模块为一只二极管和一只单向晶闸管的组合体。进而检查控制板和逆变主回路，无异常。将该模块拆除后，余二相半控桥作为电源输入，上电后，带一只2.2kW小功率三相电机试运行，感觉没有什么问题，换用了一只同型号新模块后，便到现场进行安装了。

慎重起见，先将运行频率调至5Hz，变频器负载为一台风机，先将电机的轴连接器脱开，使电机空载运行。这一试运行，吓了一跳！频率在5Hz以下时，空载运行电流为45A，虽感觉稍大，但考虑为可能为电机绕组进行过修复、或变频器的参数如起动曲线或转矩补偿等进行过调整等原因所造成，未加理会。当升速到10Hz时，变频器面板显示电流和用钳形表测量输出电流，均达到了100A！且输出电流的摆动幅度极大，很不稳定。但测三相输出电压，为70V左右，平衡而稳定。将电机连接线脱开，上电测变频器输出，输出频率10Hz时，输出电压为70V，20Hz时为150V，35Hz时为250V，以后随运行频率上升，到50Hz时，达到400V。在此过程中，测量三相输出电压的平衡度很好。变频器输出的U/f曲线符合二次方负载转矩特性没有问题，输出电压平衡和稳定，而输出电流过大和电流剧烈波动，显然为负载异常所致。这是常规判断引出的结论。

与厂方的的相关技术人员一块探讨，试图找出电机方面和机械方面的原因来。比如电机是否新修好，是否绕组绕制不良；轴承有无磨损，运行不稳；连接轴是否有松动及不同心现象；风叶有无变形等。恢复原工频启动柜的接线，工频起动电机做对比，逐一排除了上述怀疑，且据现场观测，该电机及连接负载状态优良，几乎听不到运行中的电气和机械噪声。工频全速运行下的空载电流仅不足35A，三相平衡，无波动！电机及负载无问题，问题还在变频器。

那么变频器的故障部位在哪里呢？有点让人困惑。是电流检测不准造成误输出吗？观察变频器的操作面板，显示的电流值与钳形电流表所测的接近，应该是没有问题的。还是MCU主板有问题，输出的驱动波形不对呀？没有道理呀。全数字电路怎么会波形不对了呢？

还好，现场离此不远有另一台同型号同功率的变颇器，带的负载也是一样的，这给对比试验带来了极大的方便。厂方急着将机器开起来，也给予了积极的配合。将两台变频器的电流互感器互换，无效；将两机的MCU主板互换，无效。调出主回路直流电压显示，为550V，电压采样电路也无问题。再也琢磨不出故障在哪块电路。对比机在带载情况下，10Hz时运行电流为75A，到达35Hz以上时，运行电流才到达100A，比这台带空载电机的电流还小呀。空载电流竟然远远大过了负载电流，变频器肯定是有问题。

在试机过程中，偶尔用钳形电流表测了一下该变频器的三相输入电流，更发现了一个不可思议的现象！该台变频器的输入、输出电流完全不成比例，有10倍以上的差距！

在输出40A电流时，输入电流为几个安培，几乎测不出来；在输出100A电流时，测输入电流仅为8A以下！这就不符合能量守恒定律了。100A输出电流从哪里变出来的呢？仿佛一根不漏的水管，进了1方水，而流出来10方水，水管子里面不能变出水来呀。

我们都知道，在一般情况下，变频器的输入电流总是要小于输出电流的。其原因为直流回路的储能电容产生作用，仿佛在电机端安装了一台无功功率补偿柜一样。在变频器空载或轻载时，由储能电容提供一部分电流给负载，使变频器从电网吸取的无功电流减小。而随着负荷的加大，其输入电流按比例增加，当投入额定负载后，变频器输入电流与输出电流应近于相等了。如输出40A时，输入才几个安培；输出100A时，输入电流已达70A；输出电流达140A时，输入电流也差不多到达此值了。正常情况下，输入、输出电流有差异，在输出电流幅度较小时，其差异较大，输出电流较大时，其差异较小。但如上述的极其悬殊的差异，还是第一次碰到。怀疑是不是测量仪表坏掉了。换了表，再测一遍，也还是同上结果。

咨询厂家，变频器厂家技术人员给予答复：该型号变频器为最早生产的变频器，存在空载电流稍大、电流波动的问题，但属正常现象不影响使用。带载后电流会稳定下来。最好接入一台同功率电机试验一下，是不是电机的问题，或负载的问题。如电机轴承的问题。如电机及负载问题全都排除，只要变频器输出三相电压平衡，输出电流不超过变频器额定电流，可以空载或带载试机。至于输入、输出电流的比例问题，因负载情况不一样，是很难有固定比例的。

想想也是嘛。只要是输出三相电压平衡，只要是在不超过额定电流的情况下，可以带载试验。变频器坏不掉。也许是带载以后，输出电流便不会有大的波动了。也许就正常了呢。

只好带载试验，出现奇迹（让人大跌眼镜）：10Hz运行时，在输出40A电流时，输入电流仅7个8个安培。30赫兹运行时，输出电流60A，输入电流25A；40赫兹运行时，在输出100A电流时，输入电流70安培。运行电流小了，波动小了，基本上是稳定的。三相电压和三相电流都是平衡和比较稳定的。问题莫名其妙地消失了。

感谢厂家技术人员的指导，但由于初次碰到这种情况，空载即出现异常电流，不敢升至全速运行。带载试运行就更不敢了，总以为这是变频器异常。

变频器投入运行后，从现场回来，仍在琢磨这个问题。

联想起检修一个发电站零线电流大的问题，为线路中的谐波分量造成，是谐波电流呀。在空载或轻载运行时，该台变频器的输出线路中，是否也存在着极大的谐波分量呢？测量得出的结果是不是真的呢？

分析原因为空载时输出电流中有较大谐波分量造成。谐波电流大可能有以下两个原因：

1、该变频器输出PWM波不够理想，调制方式未达到最佳。即在软件控制思路上未达到优化（新型机器肯定已经改进了）；

2、当空载时，相当于电源容量与负载容量严重不匹配，电源容量远远大于变频器容量，这也是产生谐波电流的一大原因。而带载运行时，容量匹配情况好转，谐波分量倒被大大削减了。

此两种原因的合成，导致变频器的空载电流大过了带载电流。

功夫在诗外：故障并不怪

奇怪的“故障字符”

用户送修一台国产变频器，是安邦信AMB-G9/P9型22kW的变频器，依照常规，先将损坏模块拆掉，上电检查驱动电路是否正常；上电，操作面板显示OC故障代码；短接故障信号返回光耦合器后，不再跳OC故障。按操作控制面板RUN键时，充电继电器瞬时断开（听到“啪哒”一声），面板指示灯也同时熄灭，显示屏在闪烁后，显示一串在故障代码表中查不到的一串“故障字符”。怀疑仍有别的故障信号存在，检测三相输出电流检测的信号输出端，皆为0V，正常。对其它信号，不测绘电路，一时很难找出其来龙去脉。

偶尔断电再启动时，发现上述所谓的“故障字符”竟为开机字符（初次检修该型机器，未引起注意）！其故障实质是：可能开关电源的负载侧有短路性故障，尤其是驱动电路，当起动信号投入时，将电源电压拉至极低，甚而开关电源会因此而停振，除充电继电器因吸合电压不足而释放外，MCU判断为重新上电，而显示开机字符！实际上起动信号的投入造成了一个相当于重新上电开机的过程。

查驱动回路，驱动IC后面加有两只接成推挽形式的两只功率放大管，用于将驱动IC输出的脉冲放大后，再驱动逆变模块。其中U相的上、下臂驱动功放电路，都有一只晶体管因模块损坏和冲击而损坏，在无触发脉冲到来时，单管击穿短路形不成对驱动供电电源的短路。而脉冲信号的到来，好管的“导通”与坏管的“直通”造成了造成了对驱动电源的瞬时短路，导致开关电源瞬时停振而断电，起动信号也因断电而中断，驱动IC后功放对管的短路状态，也因断电而解除。然后开关电源重新起振，MCU判断变频器为重新上电，故操作面板显示上电字符。

拆除模块后，便急着上电检查驱动电路的好坏，未将电路进行细致的测量与判断，故在此开机字符上浪费了一定的时间。拆除模块后应先彻底检查一下，再将驱动板上电的。

这个故障并不怪，但把开机字符误当作故障字符就怪了。

报警代码表中也无的故障字符

安装新模块后，先不接直流回路的530V直流电压，对功率逆变电路先加入24V直流电源进行试验。起动后，又跳Br Tr FeiLuRe字符，但可以按复位键进行复位；若断开24V电源，仍跳此故障，但不能复位。查说明书故障代码无有此项，一时不明白故障的起因了。不得已咨询厂家，回答说是制动回路故障，感觉不对呀。端子外电路未接入制动电阻，测量端子内部的制动元件也无短路。可能逆变部分电源停掉后，由控制电源（开关电源的供电）串入，造成检测电路返回故障信号。

停掉24V电源后，逆变模块的P供电端子仍有约6V左右的电压，也许此电压再经某些环节进入故障检测电路，恰达到Br Tr FeiLuRe的报警电平，或是充当了Br Tr FeiLuRe故障信号。是不是呢？

测6路驱动电路的负压和脉冲正压均正常，因有截止负压的保障，可以送入直流回路的530V直流供电。保险起见，先将原75A快溶保险换为2A的，直接上电试之，一切正常。

可见：若75A快溶保险断掉，或模块内部的刹车控制的IGBT短路（有可能引起直流回路的电压跌落）时，均有可能产生Br Tr FeiLuRe的报警信号。此信号的来源，可能为故障检测电路检测到IGBT模块供电电压异常低落后，报与MCU的。但将其定义制动回路的故障，一时让检修者无法“对号入座”了。

因该“故障”的产生，使采用直流低压供电检测逆变电路的这一手段不能实施了。也使维修费了点周折。

遇有此种情况，可在530V供电回路中串灯泡或加接2A熔断器进行上电试验。千万不能直接供530V直流电压，以免因驱动电路不良造成模块的损坏。

功夫在诗外：整流模块坏得不讲道理

通常，逆变模块的故障率要比整流模块的故障率高许多。由负载短路和驱动电路的负压丢失造成的逆变模块的损坏是不可避免的，尤其是全速（全压）输出下的负载瞬间短路，没有哪种保护电路能打“包票”，可以保证逆变模块不被损坏。而整流模块的损坏机率就要小得多，直流回路的储能电容突然彻底击穿短路的情况极为少见，电容的短路有喷液、鼓顶、爆裂等，似乎有一个渐变过程，而整流电路的过电流能力往往要大于逆变模块。整流模块的损坏除了抗不住雷击的入侵，由输出过流引起的损坏较少，因为逆变电路（负载路）还串有快熔熔断器，变频器内部的保护电路也会提供及时的停机保护。当然也存在器件本身质量缺陷引起损坏，保护电路对此无能为力的极少情况。

变频器的直流回路和逆变回路无故障，负载电流又在额定电流以下，三相输入电压又在额定值以内，整流模块似乎就没有损坏的理由。

简单的三相整流电路，在维修上却碰到难题了。下面以故障实例来进一步说明问题。

故障实例1

在某地安装了一台小功率变频器，先后出现了三次烧毁三相整流桥的故障。变频器功率为2.2kW，所配电动机为1.1kW，且负载较轻，运行电流约为2A，电源电压在380V左右，很稳定，三相电压平衡度较好。因而现场看不出什么异常。但先后更换了3台变频器，运行时间均不足2个月，检查都是三相整流桥烧毁，原因何在呢？现场观测，输入、输出电压、电流情况都正常，属于轻载运行。到用户生产现场去找故障原因，彻底解决此事。几次到现场的安装人员都反映：这事情有点奇怪。

赶赴现场全面检查，发现在同一车间、同一供电线路上还安装了另两台大功率（其中一台为45kW）变频器，3台变频器既有同时运行、也有不同时起/停的可能。我隐约感到：大功率变频器的运行与起停，也许就是小功率变频器损坏的元凶！

原因何在？因变频器的三相整流电路为非线性元件，而直流回路又接有容量较大的储能电容，流入两台大功率变频器的的整流电流，是为直流回路电容器充电的非线性浪涌电流，使得电源侧电压（电流）波型的畸变分量大大增加（相当于在现场安装了两台电容补偿柜，因而形成了波荡的电容投切电流），但对于大功率变频器而言，由于其内部空间较大，输入电路的绝缘处理易于加强，所以不易造成过电压击穿，但小功率变频器，因内部空间较小，绝缘耐压是个薄弱环节，电源侧的浪涌电压冲击，便使其在劫难逃了。

另外，相对于电源容量而言，小功率变频器的功率显然太不匹配。尤其是当两台大功率变频器停机，只有小功率变频器运行时，当供电变压器容量数倍于变频器功率容量时，变频器输入侧的谐波分量则大为增强，这种能量会使小功率变频器形成过大的浪涌整流电流，也是危及变频器内三相整流桥的一个不容忽视的因素。

该例故障如果单从变频器本身做文章，换新整流模块后，结局仍然是可以预料的：在变频器运行中还会出现随机性损坏。问题的关键是：三相整流桥的损坏，应为外在因素引起，不在变频器电路本身。单纯的更换损坏整流模块，解决不了根本问题。

故障实例2

无独有偶。某化工厂安装了数台进口变频器，工作电流和运行状态都正常，但也屡次出现炸毁三相整流桥的故障，往往在运行中毫无征兆地就爆裂了。变频器在跳闸后，再合闸却合不上，一合就跳，肯定就是变频器内整流桥击穿了。电工师傅都摸出了这一规律。电工师傅曾将电机换新试验，也无效果。将变频器进行了多次维修和品牌更换，都没有彻底解决问题。几年来这种故障一直让人困惑。据本人现场勘测和分析：该厂为补偿无功功耗，在电控室安装了数台电容补偿柜，变频器距离电控室距离很近。大容量电容器的投、切动作在电网中形成了幅值极高的浪涌电压和浪涌电流。观察电容补偿柜中的电容进线，并未按常规要求加装浪涌抑制电抗器，此电抗器的作用实质上不但抑制了进入电容器的浪涌电流，也同时改善了整个电网内的电压波形畸变，对减缓浪涌电流的冲击有一定作用。

另外，车间电机安装量比较多，因生产工艺要求，电机起停频繁，负荷变动较大。由切换负荷引起电网中的浪涌电流，对小功率变频器内的整流模块也造成了一定冲击。

当生产线进行了变频改造后，补偿电容的投、切（充、放电）电流、电机起停造成的浪涌冲击，与变频器整流造成的谐波电流互相放大，在电网系统中形成了瞬时的动荡的电压尖峰与浪涌电流，击穿变频器中的整流模块也就顺理成章了。

必须解决整流模块屡次坏掉的问题了。

上述两个故障实例其实只是一个问题，即电网电压波形的畸变形成了电压尖峰和浪涌电流，使变频器中的整流模块不堪其冲击而损坏，因而处理的措施也很简单。

如图所示，在小功率变频器的电源输入侧，串入了由XD1电容浪涌抑制线圈（扼流圈）改做的三只“电抗器”；为现场无功功率补偿柜中的电容器加装了XD1电容浪涌电流抑制器。经上述处理后，整流模块不明不白损坏的现象未再出现过。使用效果还是可以的，改造成本是低廉的。且免去了外地加工购料的麻烦，缩短了改造工期。如果处理得再理想一点，为变频器加装正宗的输入电抗器当然是一个更好的举措，但需要用户承担改造费用了。而XD1浪涌电流抑制器，10元左右一只，在变频器维修完毕后，可顺便为用户备好，以杜绝后患。在实际安装应用中，变频器产品供应商及用户往往出于降低成本的考虑，省掉了输入电抗器。但输入电抗器的配置，确是很有必要的。

检修变频器也要配合对现场情况的分析，有时候应在变频器以外下点功夫。否则看似简单故障有可能会把一个“修理高手”搞得要“缴械投降”了。

图  为易坏整流模块的变频器加装三相“电抗器”

功夫在诗外：输出频率不稳的处理

科姆龙变频器操作面板频率值波动及误停机原因与解决措施。

将4台小功率科姆龙牌KV2000型变频器安装于1个控制柜中，采用比例同步调速控制方式，用于石膏板生产线下料、供水、走带的同步调速控制。为了操作与监控方便，将变频器的控制面板安装在柜体正面，用厂家配套的信号电缆连接起来。

现场调试中，在运转中发现，各台变频器的转速显示值的波动达±30转以上！用户怀疑转速不稳，变频器不能正常工作，要求处理。

首先将主电路G端子进行了独立接地处理，将调速信号线进行了屏蔽单边接地处理，转速值波动现象有所改善，但仍未根除。询问厂家，回答是干扰造成，建议进行接地处理。无效后，厂家也提不出更好的解决方案。在试转中，发现单台运转，仍旧有波动。运行的台数多，波动就大一些。4台机器有的波动大一些，有的波动小一些，但毕竟转速值不能稳定下来。此一问题终究未能得以彻底解决，但对运转看起来影响不大，也就不了了之了。

后来在另一家石膏板厂安装了一台同类设备，运行几个月后，用户反映其中一台3.7kW供水的变频器屡有停机现象，发展到一天内停机次数达十几次，用户要求必须现场维修解决。

现场观察：运行中该变频器的操作面板上转速显示值波动较大，三位数码都有闪烁现象，FWD指示灯也跟随闪动：运行中转速值突然降到零值，也可能随即转速上升，继续运转，也可能须重新起动才能运转。有时候停机后显示F000，无缘无故地进入了参数设置状态，仿佛有人进行了停机操作和参数调整操作，但这个“人”肯定是干扰信号，使变频器的MCU接收了停机指令或其它操作指令。测3kW电机运行电流仅2.6A，停机时变频器过压、欠电压、过载等故障代码均不出现，显然电动机与变频器都非故障保护停机。将变频器单机运转，现象依旧；将起/停端子连线、调速端子连线全部拆除，现象依旧；改用操作面板控制起/停与调速，现象依旧；换用一台5.5kW变频器运转，现象依旧！

判断为信号干扰造成上述现象：首先也进行了常规的接地处理；无效后又调整了变频器的载波频率，将其调整为最低载波频率2kHz后，略有改善；将操作面板至变频器的连接电缆包一层锡箔后，停机次数减少，似有改善；购得直径适度的磁环，在连接线的两端各穿绕2-3匝后，转速显示值及FWD指示灯的闪烁现象没有了，转速值不可思议地稳定，连1转的波动也没有了！

干扰是变频器自身运转后输出端的载波，经由操作面板的连接电缆窜入MCU的I/O口的！干扰程度较轻的，输入频率及显示值有波动现象；干扰程度重的，则出现随机性停机现象。实践证明，在信号线上套绕磁环抑制干扰的效果是最好的。

本例故障出在抗干扰性能不佳上（或是PMW波不够优化），但从变频器电路本身，无从下手，须从外部采取措施来解决。有时候一个貌似小小的问题，处理起来却大费周折。变频器的现场安装，很少有严格按标准来进行的。如在变频器的输入端、输出端均串有电抗器或噪声滤波器，因而现场运行中产生的种种干扰对维修和使用者提出了更高的要求。维修的内容也从维修门头延伸到了工作现场，或者说，有时候安装调试也成为了维修的一个内容。