第4章 高压变频器的维修

高压变频器应用、维护与维修主讲：王兆义主办单位：新疆博识通咨询有限公司中国工业自动化培训网第7章串联高压变频器故障处理一、本章基本内容：1.轻故障与重故障的概念包括：轻故障，报警不跳闸；重故障，报警跳闸。2.变频器的报警汇总包括：变频器保护定值、故障排除的思路、轻故障出现时变频器的处理、重故障出现时变频器的处理。3.典型故障分析及案例二、要解决的问题解决功率单元串联高压变频器应用中，出现的外电路、内电路的常见故障。第7章串联高压变频器故障处理第7章串联高压变频器故障处理7.1变频器结构认识7.1.1开关柜第7章串联高压变频器故障处理7.1.2变压器柜高压接头电压互感器第7章串联高压变频器故障处理避雷器电流互感器测温仪断路器变压器柜低风机柜顶风机第7章串联高压变频器故障处理霍尔器件7.1.3开关柜第7章串联高压变频器故障处理1.功率单元第7章串联高压变频器故障处理整流模块开关模块温度继电器硅。滤波板，滤除晶闸管阴极和阳极之间的尖峰脉冲第7章串联高压变频器故障处理第7章串联高压变频器故障处理7.1.3控制柜第7章串联高压变频器故障处理1.控制器控制器包括：CPU、模块驱动电路、信号处理电路、光纤接口、通讯接口等第7章串联高压变频器故障处理主控板主要由处理器、程序存储器、参数存储器、CPLD、FPGA、及RS485等接口芯片组成。主控板通过串行口或接口板，接收和处理来自工控机及PLC的控制命令，同时向外发送自身的状态信息。

1）主控板第7章串联高压变频器故障处理光纤板的作用是将主控板对功率单元的控制信号（触发脉冲、旁路控制信号、脉冲封锁信号等）进行转换，变成串行的光信号通过光纤输出给功率单元。将功率单元传送过来的光信号转换为电信号。2）光纤板第7章串联高压变频器故障处理3）信号调整版（输入控制端子、输出指示端子信号处理板）信号调整板负责控制器和外部接口信号的处理，这些信号包括：输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、PLC的4~20mA信号、控制器输出给PLC的接点信号、由PLC来的接点信号等。

第7章串联高压变频器故障处理4）电源板电源板主要给主控制箱提供控制电源。由于控制箱采用了多路不共地的5V电源，电源板上有3个5V电源模块，一个正负15V模块。24V为备用电源。第7章串联高压变频器故障处理5）通讯板变频器人机界面需要和主控板、PLC、上位机、温度采集模块（7033）等进行数据通讯，通讯协议又有RS422、RS485等多种，人机界面又有操作面板、工控机、UNO、嵌入式等不同种类。通讯接口板的主要功能是对这些不同的接口进行配置，变频器内外的各种接口都连接到通讯接口板，再通过通讯接口板统一连接到人机界面，从而简化人机界面对外的通讯连线。

第7章串联高压变频器故障处理2.人机界面人机操作界面为嵌入式工控机。变频器参数设定、功能设定、故障查询、运行记录都通过嵌入式工控机来实现。本机控制状态下，变频器可以通过嵌入式工控机提供的界面直接进行启动、停机、调频等操作。正常情况下，控制器、嵌入式工控机和PLC之间建立有实时通讯。触摸屏第7章串联高压变频器故障处理3.PLC

PLC是变频器控制系统的三部分之一，主要负责变频器与工业现场的接口，以及对变频器内部开关量的处理。PLC负责对系统内外的各种状态进行综合判断，实现对变频器的启动、停机、急停控制，实现对变频器故障的报警与保护。

第7章串联高压变频器故障处理7.2轻故障和重故障7.2.1轻故障和重故障的区分1.轻故障不影响变频器运行的故障，变频器不跳闸。单元旁路、变压器轻度过热、柜门连锁故障、单元柜风机故障、环境温度过热、电机轻度过载、UPS输入掉电、工控机故障等。2.轻故障的限度1）单元旁路以下情况，功率单元可以旁路运行（功率单元坏）：功率单元输入缺相、功率单元过热、功率单元直流母线欠压、功率单元驱动故障、功率单元电源故障。第7章串联高压变频器故障处理功率单元旁路时，旁路开关闭合，单元不起作用。2）其他方面控制电源掉电；变压器轻度过热120℃（重度130℃）；在高压就绪的情况下，风机故障；电机120％过载；DCS模拟给定掉线；环境温度超过40℃运行中柜门打开（也可设定为重故障）第7章串联高压变频器故障处理3.重故障变频器立即停机并切断输入侧高压的故障被旁路的单元数目超过设定值、变压器严重过热、控制器不就绪、设定禁止开门而柜门开启、闭环运行时给定和反馈掉线、变频器过流等问题。4.重故障的量值变压器严重过热达到130℃；变频器150％过流；系统故障（高压失电、旁路级数超过设定值、功率单元直流母线过压、功率单元光纤故障）；第7章串联高压变频器故障处理1）电流电压保护参数的定值过载保护：达到电动机额定电流的120％，每十分钟允许1分钟（反时限特性），超过则保护停机。过流保护：达到电动机额定电流的150％，允许3秒钟，超过则立即保护停机。变频器输出电流超过电机额定电流的200％，在10微秒内保护停机。过压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的115％，则变频器停机。欠压保护：检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定的数值（65％UPN15s，完全失电3s），则变频器停机。第7章串联高压变频器故障处理2）温度保护参数的定值①变频器柜体设置温度检测，当环境温度超过40℃时，发出报警信号。②在主要发热元件上设置温度检测，一旦超过设定跳机温度85℃，则保护停机。③对整流变压器进行温度保护，120℃时发出报警信号，变频器可继续运行；130℃时发出跳闸信号，变频器停机。④整流变压器温控仪可以控制变压器散热风机启停，80℃时启动风机，75℃时停止风机。第7章串联高压变频器故障处理7.2.2轻重故障的处理方法1.轻故障的处理轻故障发生时，变频器给出间歇的“音响报警”和间断的“故障指示”。报警状态下，如果用户发出“报警解除”指令，则系统撤消“音响报警”信号。对于轻故障的发生，变频器不作记忆锁存处理。故障存在时报警，如果故障自行消失，则报警自动取消。需要提醒用户注意的是，虽然轻故障不会立即导致停机，但也应及时采取处理措施，以免演变为重故障。如UPS输入掉电（不间断电源）。第7章串联高压变频器故障处理2.重故障的处理重故障发生时，变频器给出连续的“音响报警”、“高压急切”以及“紧急停机”指令。用户可以用“报警解除”按钮清除报警的音响信号，但变频器保持“高压急切”以及“紧急停机”指令。重故障发生后，系统作记忆处理。故障一旦发生，变频器报警并自动跳闸停机。如果故障自行消失，“高压急切”以及“紧急停机”等指令也都一直保持，故障原因被记录。只有故障彻底排除，并且用“系统复位”按钮将系统复位后才能重新开机。第7章串联高压变频器故障处理7.3功率模块的保护功率模块设过压、欠压、缺相、过热、光纤、驱动等保护功能。（变频器功率模块与主控系统的通讯电源由单元本身的直流母线提供）。第7章串联高压变频器故障处理7.3.1功率模块电源的提供1.460V电压等级的功率模块，直流母线电压约为700V，电源取自直流母线电压，通过高压DC/DC转换电路，输出15V直流电压。2.700V电压等级的功率模块，直流母线电压约为1000V，高压DC/DC技术难度较大,解决方案为：先通过变压器将700V降为220V，再整流为300V直流电，然后逆变、整流为15V直流电。

460V直接DC/DC

700V先AC/AC，再DC/DC第7章串联高压变频器故障处理7.3.2直流母线过电压

保护定值：UPN超过额定电压的115％,变频器发出保护信号（低压变频器150%报警）。检测元件：单元控制板过压原因：高压电源正向波动是否超过允许值；如果是减速时过电压，请适当加大变频器的减速时间设定值。接线螺栓的松动和打火、单元控制板损坏等。第7章串联高压变频器故障处理案例1：某钢铁公司订购了利德华福6kV800kW变频器一台，定货时要求变频器输入电压为6kV，设备交付用户使用后，在白天运行正常，在夜间有时出现高电压保护跳机。进入夏季后又恢复正常。案例原因：因为夜间用电量减少，造成输入电压升高，当高于了变频器的过压限定值，变频器过压跳闸。进入夏季后夜晚用电量增加，电网电压比较稳定，故变频器工作正常第7章串联高压变频器故障处理7.3.3直流母线欠电压检测元件：单元控制板动作时间：65％UPN15s，完全失电3s。报欠压的故障原因：外电路原因：高压开关是否掉闸；负向波动是否超过该允许值；内电路原因：整流变压器副边是否短路；接线螺栓是否紧固和断裂；检查功率单元三相进线是否松动；功率单元三相进线熔断器是否完好；单元控制板损坏也可能引起单元直流母线欠电压。第7章串联高压变频器故障处理案例2：广东某电厂启动给水泵时导致6kV电网电压跌落，变频器报功率单元欠压旁路。案例分析：因电网电压跌落，造成功率单元母线电压下降，当下降到缺相检出值，变频器认为功率单元整流电路损坏，故将该单元旁路。第7章串联高压变频器故障处理7.3.4功率单元模块过热检测变频器过热保护是检测的模块散热器的温度。保护定值：80±5℃保护器件：散热片温度继电器

热继电器

模块散热器第7章串联高压变频器故障处理1.单元过热的分析检查环境温度是否超过允许值；单元柜风机是否正常工作；进风口和出风口是否畅通，滤网有无堵塞；变频器是否长时间过载运行；最后检查功率单元控制板和温度继电器是否正常。2.处理方法

现场处理：首先判断是感温继电器误报还是变频器真得过热。如果是真得过热，属于散热不良将散热器除尘、散热风机清扫，保持良好的通风状态；如果是变频器过载，进行变频器限流，使以后报警不再发生（长期过热损坏模块）。第7章串联高压变频器故障处理7.3.5单元缺相故障处理检测部位：功率单元控制板直流母线电压动作时间：延时3s第7章串联高压变频器故障处理1.电压信号流程图：第7章串联高压变频器故障处理2.缺相保护的处理（个别功率单元缺相变频器自动将其旁路，同一相的多个单元缺相变频器跳闸）检查输入的高压开关是否掉闸；整流变压器副边是否开路；接线螺栓是否紧固或断裂；检查功率单元三相进线是否松动；功率单元三相进线熔断器是否完好；有时变频器在断电时会报缺相，属正常现象，直接复位即可。第7章串联高压变频器故障处理案例3：利德华福6KV高压变频器，在运行中突然停机，界面显示A5缺相（变频器输入端缺相）。案例检查：经检查入线开关，发现高压开关内有2相保险损坏。换新后故障排除。第7章串联高压变频器故障处理7.3.6光纤故障的检修在高压变频器内，因控制柜和开关柜相距较远，弱电信号都是通过光纤传递。通过光纤传递的信号有：①模块驱动信号②故障检测信号第7章串联高压变频器故障处理1.光纤使用注意事项1）光连接头与光纤线连接部分的弯折半径不要小于30mm，这是所容许的最小弯折半径。2）避免对光纤线施加80N(8.2kg)或更大的拉力。哪怕是瞬间的超出范围的拉力，都可能对光纤造成永久的损坏拉力小于80牛顿弯曲半径大于30mm第7章串联高压变频器故障处理3）不要扭绞光纤线

4）在连接光纤线时，注意光连接头应垂直插入光连接插座，不要有倾斜的角度。还有，光连接头连接好时，蓝、灰色部分应全部插入光插座内。第7章串联高压变频器故障处理5）安装过程中，应避免出现可能的造成光纤线扭绞的情况第7章串联高压变频器故障处理2.光纤故障的处理检查功率单元控制电源是否正常（正常时，L1绿色指示灯发光）；功率单元以及控制器的光纤连接头是否脱落；光纤是否折断、漏光；光纤是否被灰尘蒙蔽；有时变频器在断电时会报出单元光纤通讯故障，属正常现象，直接复位即可。第7章串联高压变频器故障处理3.通讯光纤故障处理信号光纤传输过程如果通讯光纤有问题，可以将其和其他好的光纤对调后再插入，以确定是光纤问题还是接口问题。第7章串联高压变频器故障处理7.3.8驱动电路故障1.驱动信号流程图2.驱动电路驱动功率不足或总为高电平，烧模块。第7章串联高压变频器故障处理损坏的模块第7章串联高压变频器故障处理3.驱动和开关电路故障检查1）首先检查外电路电机是否有问题；输出电缆是否有破损；输出螺栓是否过热，虚接打火；2）检查内部电路检查内部是否有短路放电痕迹；IGBT是否正常－测量续流二极管；更换驱动板、单元控制板；把输出铜排拆除，用万用表测量输出电压幅值。模块坏，驱动电路一起更换。3）IGBT测量IGBT是电压控制器件，好的IGBT，三个电极均不导通。第7章串联高压变频器故障处理IGBT测量：在逆变电路中，具体器件就是IGBT和二极管，首先介绍IGBT的工作原理和好坏判断。二极管具有单向导电性，好的IGBT怎么测量都不通。第7章串联高压变频器故障处理独立测量：将独立的IGBT（管子没有接到电路中），用万用表的×10kΩ挡，黑表笔接C极，红表笔接E极，用手指短路C、G极，表针摆动，管子是好的。第7章串联高压变频器故障处理第7章串联高压变频器故障处理7.3.9旁路运行报警1.旁路原因功率单