摘要：钢铁厂的变频器由于其不同型号以及不同工作模式会导致故障的高度复杂性，但是其基本的工作原理是不变的，因此变频器的维修人员必须彻底了解变频器内部构造及特点，从而提高自身的维修水平。文章通过对钢铁厂所使用的常见类型变频器进行调查，并对常用的变频器故障检测维修技术进行分析，以供相关技术人员参考。
关键词：钢铁厂；变频器；维修技术；内部构造；故障检测维修技术 文献标识码：A
中图分类号：TM464 文章编号：1009-2374（2016）19-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.037
通过对工作原理以及元器件的理解为维修工作以相应的启迪，并将所拥有的知识应用于实际的维修工作中，以便对维修过程中的疑难问题进行解决，从而促进对钢铁厂变频器维修水平的提高。
1 变频器概述
钢铁厂所用的变频器通常来自于各个地方不同的生产厂商中，因此其内部元器件的尺寸标准以及线路分布结构往往会有一定的不同，但其运行均是借助了微电子集成处理以及电路变频两种技术的有机结合，通过对其内部的电压电流等进行控制从而影响线路中其他动力设备的运行状态，以降低线路中的能源损耗。正是由于变频器各生产厂家在产品的参数以及内部构造与回路方面各不相同，因此在实际的维修中应当特别加以注意。但是关于变频器本身的基本构造形式以及变频器内部回路的连接原理是置于同一理论值的基础下所形成的，因此即使各个变频器生产厂商所生产的变频器在其内部结构或者是形式上有所不同，但其内部线路的电力功能是一致的，只要掌握其工作原理，即使面对不尽相同的变频器构造，也可以将其电力回路做到了然于胸。机械设备的维修人员在进行变频器的维修时，必须要对微电子集成的线路区域特别留意，一方面是由于缺乏相应的线路图；另一方面则是由于该区域微电子的数量分布较为密集，稍有不慎则会导致微电子线路受到破坏，从而影响变频器的正常工作。而变频器的主回路在某些大体积的元器件的维修与检测上则要相对简单些，一则是这些处于主回路中的元器件需要负担整个回路的电流与电压，其所能承受的电流与电压数值较大，因而不会在检测与维修时因失误而导致元器件被烧毁；二则是这些元器件本身的体积较大，相对于精细化的微电子而言，在检测与维修的工作上要更为方便和快捷。
2 变频器的基本回路构成
一般情况下，钢铁厂所采用的变频器是采用交流-直流-交流的连接进行电路的变频处理，在其内部的回路上有诸多不同功能和作用的分支回路，以实现对电路的监测和控制，主要包括整流限流、滤波制动以及逆变电检测等共同构成并承担各自拥有的功能处理工作。在其主回路中一般会有三个端子开关与三相电进行连接，并由数个相同规格的二极管排列组合而成整流电路，在这其中通过将限流电阻与继电器组合，形成限流电路以保证线路的安全性，滤波电路则是由相同规格的分压电阻与电解电容组成。制动电路主要是由开关以及制动电阻构成，并由绝缘栅的6个双极晶体管（IGBT）作为三相逆变器进行连接，辅以同样数量的内置二极管，将三个输出端子U、V以及W与进行变频控制的马达进行连接。
2.1 关于整流电路
整流电路一般是由6个同等规格的二极管组合构成，不过在实际维修时则会发现一般都是将其集成为一整块的整流模块，以方便后期的维修。而整流模块主要是负责将电网中的三相400V交流电经由整流模块当中的二极管全桥整流为脉动直流电源进行供电工作。
2.2 关于限流电路
限流电路通常是由限流电阻以及线路中的继电器触点在线进行相互的并联之后再进行串联，并以此种形式连接在直流电路的回路当中。这主要是考虑到变频器在进行送电启动的瞬间不可避免地会出现相对强大的电流，出于保护电力线路中的三相模块考虑，一般会选择将电阻置于直流回路之上，即将其作为串联电路对瞬间电流起到一定的缓冲效果，可以十分有效地降低设备启动瞬间电流过大所产生的不利影响。通常情况下，瞬间启动所形成的瞬间电流在这种串联线路影响下其电流数值会逐渐减小，对存在于滤波电路当中的充电电流也会随之而减小，而当电路中的充电电流其数值衰减到了某一范围时，线路便可开始正常运转。
2.3 关于滤波电路
滤波电路的主要作用在于把电力线路中不稳定的电压进行稳波处理。具体内容为，通过电解电容器对于电路中的电压进行相应的滤波处理，将其变化的浮动数值控制在一定范围之内，直到最终稳定为符合电力线路要求的直流电。在实际的工业生产中，钢铁企业一方面出于成本考虑；另一方面出于生产工艺考虑，多会利用电容器对电路进行滤波，从而实现对于整流电路当中所输出直流电压的平波处理。钢铁企业的400V专用电网借助于变频器供电时，需要将滤波电容器串联，以完成分压，之后则是并联以完成分流，并最终回到直流电路中去。不过考虑到实际情况，在该线路也会使用两只电阻进行分压处理，也就是将直流母线电路当中的电压进行均分，之后则是将其分别转到两只电容器上。
2.4 关于电路的制动
变频器中所涉及到的电路制动类似于斩波器的效果，它的工作方式比较简单，主要是对线路中的电压数值进行监测，如果线路中的电压数值过大或者是过小，则会控制电阻的工作，通过投入与切除两种方式实现对线路稳定的保护。其并且对于制动电阻所经过的流过进行检测和监控，以确保其工作的安全可靠。变频器一般会依照其自身功率大小进行区分，通常会分为内置与无内置这两种制动单元情况，需要安装内置制动单元的只有小容量的变频器。在制动电路进行工作的时候，通常会需要经过一个电子开关并将制动电阻连接到该变频器内部的直流母线当中，以保证变频器能够在对电机进行减速时吸收由于制动而产生的能量，对于泵升电压也能起到相应的降低作用，从而确保直流母线的电压保持在正常范围，以免由于过高而导致逆变电路的毁损。
2.5 关于逆变电路
逆变电路主要是指由六个开关器件共同组成三相桥式的逆变电路。这六个开关器件以一定的方式进行组合，从而依据一定的规律实现在动态信号控制之下，把母线的电源由直流转为电压与频率可控制的交流型电源，也就是变频器所输出的电源。
3 变频器中存在的故障问题及其维修
3.1 开关电源的损坏
作为许多变频器都经常会发生的一项故障，其通常原因是开关电源本身的元器件出现了损坏或者是负载中出现了短路的情况所引起。在现今的变频器生产厂家中，丹佛斯型号的变频器主要是采用新型的脉宽集成芯片技术，从而实现对于开关电源进行输出的调整，并且这种技术还兼具电流检测以及电压反馈等诸多辅助功能。当出现了无显示的情况、控制端子无电压以及正极24V的风扇没有运转等情况时，可以考虑对开关电源进行检查，查看其是否损坏，如果对于电源是否故障无法做出判断，则可以通过外接正极24V的电源进行测试，如果检测结果显示正常，则基本可以认定为电源板的故障。
3.2 IGBT的损坏
由于IGBT模块本身的散热性能较差，因而由于散热不良而导致的变频器出现故障也是较为常见的故障问题之一。由于模块散热性能较差，往往会导致其外接保险被烧毁，这种现象有时候会由于变频器内部散热片的风机长期未清理而落满灰尘以及油污，使得散热通风无法正常进行。因此应当将变频器进行定期的清理与维护，将风机的散热片拆下进行清洗，清洗时应使用空压气体进行，对于变频器内部的其他结构件以及板卡也应全部做好清理工作。同时也要进行IGBT模块的更换，并且在进行安装时应当依据模块安装的步骤要求，严格按照顺序进行安装。之后则是进行触发电路的检修，然后则是依次安装其他元器件。在模块安装结束之后应当进行静态检测，在确定检测的结果良好之后，方可进行通电测试以及负载试验。
3.3 送电无显示
如果变频器在送电之后没有出现应有的显示，则应当立即查看是否整流电路出现损坏，如果整流电路正常则应查看限流电路是否出现损坏，通过排查法一一进行检测，直到找到问题的根源所在。由于限流电阻以及整流模块的更换相对较为复杂，因此必须要仔细分析并找到具体的损坏原因。对于部分较为简单的元器件可以通过简单的更换，以检测其是否有坏损现象，直到确定线路中完全没有问题时，方可通过重启动进行验证和调试。
3.4 输出电压过低以及缺相问题
关于变频器在输出端的实际输出电压出现过低的情况，大多是由于主回路当中直流母线的电压过低所引起。不过如果控制主板存在输出驱动的信号过低或者是逆变的模块出现老化情况，都会在不同程度上导致输出的电压过低。若要发现其中的具体原因则需要对直流母线的实际电压进行检查以确定是否存在输出过低的情况。检查整流模块以及电容器是否出现损坏或者是老化的现象。通过对所检查的元器件进行检查和换新工作，解决其电压过低的问题。就实际情况以及经验而言，大多缺相故障都是由于逆变电路上的损坏，少部分情况下是由于两个及以上电路同时出现了坏损。如果是由于逆变模块损坏而引起的故障则可以通过将变频器的盖板打开，依据正确顺序进行拆卸，并借助万用表对IGBT的输出模块进行检测，如果触发信号没有实现其触发则应检查所对应的驱动模板，通过这样一步步的检测从而确定问题的最终根源并进行损坏模块的更换作业。在进行变频器的送电时，如果变频器发生异常则应当及时切断电源并重新进行检查。
4 结语
在进行日常的维护时，维护人员应当注意变频器、电机及线路环境的改善与清理，并且做好定期的内部灰尘清理工作，对于电网的电压也应做好适当的监控与控制，从而保证变频器的正常运行。虽然钢铁厂的变频器由于其不同型号以及不同工作模式会导致故障的高度复杂性，但是其基本的工作原理是不变的，因此变频器的维修人员必须彻底了解变频器内部构造及特点，从而提高自身的维修水平，实现对变频器故障的解决。
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作者简介：饶宜萍（1973-），男，江西宜春人，新余钢铁集团建设公司助理工程师，研究方向：电气维修。
（责任编辑：王 波）