变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流变频电动机的软起动，变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流、过压、过载保护等功能。
【摘 要】文章简要介绍了变频器的构成原理及主要功能，并结合工作经验，针对变频器运行中发生直流回路电压震荡和直流过电压故障的原因，提出相应的维护与维修方法，以期与同行共同交流、探讨。
【关键词】核心论文发表,变频器,直流故障,制动
在各类工厂中因调速平滑，范围大，启动电流小，保护功能多样化的多种优势而得到广范应用。但变频器在使用过程中直流回路故障严重影响着变频器的稳定使用。针对这些问题，首先要对变频器工作原理及变频器直流回路故障产生原因等进行分析。
1 变频器的构成原理
变频器主要由主电路(包括整流器、中间直流环节、逆变器)和控制电路组成。
整流器：将交流电变换成直流的电力电子装置，其输入电压为正弦波，输入电流非正弦，带有丰富的谐波。
中间直流环节：中间直流储能环节，在它和电动机之间进行无功功率的交换。
逆变器：将直流电转换成为交流电的电力电子装置，其输出电压为非正弦波，输出电流近似正弦。
控制电路：控制电路由频率、电压的运算电路，主电路的电压、电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路等组成。无速度检测电路为开环控制;在控制电路中增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行更精确的闭环控制。
2 变频器直流回路欠压或中间电路直流电压震荡分析
变频器在正常使用一定时间后出现不能全速运行，速度保持在某一范围内的情况。这种情况主要由设备本体故障或由变频器直流回路故障引起，这里主要讨论变频器直流回路故障。
变频器直流回路欠压或中间电路直流电压震荡是造成变频调速中无法全速运行的主要原因，可能由于主电源缺相、保险丝熔断或整流器内部故障引起。
2.1 外部电源的故障
供电电网干扰，检查主电源是否存在不平衡。可先在标量下运行逐步提升频率，观察电流波动是否较大。检查保险丝及其安装，从进线端子处测量供电电压。
2.2 整流器欠压或电压震荡
从现象看是缺相，使得最大带载能力降低了。但是整流器的各类板件损坏都会引起重载下的直流回路电压震荡问题。一般有以下几种情况：
(1)整流桥的某晶闸管损坏而无法触发，可以通过万用表测量通断直接判断。
(2) AINP板故障无法对晶闸管进行正常触发。如从表面无法直接判断AINP板的损坏，最简便的方法是使用替换法进行判断。
(3)AINP板与整流桥之间的连接错误(UVW三相相序是靠连接线来判断电源相序的，而晶闸管的触发是按正常的相序。在连接错误的情况下，为了保持与错误的电源相序一致，所以某一相的晶闸管始终没有触发开，没有工作。整流桥的三相没有同时参与工作，在轻负载的情况下，不会有问题，但在重负载的情况下，不能从电网得到足够的能量。直流震荡也会过大，所以变频器报此故障)，可以通过直观的电缆联接检查进行判断。
(4)直流电容器容量的减少或损坏，可以通过电容表测量直接判断。
(5)错误的直流电压检测值，可以通过万用表测量实际直流电压值直接判断。
(6)电流互感器损坏或接线错误，可以通过相应测量进行判断。
3 变频器直流回路过电压分析
生产过程中因生产需要将设备负荷大幅度的调整，在调整过程中容易产生变频器速度调整过快出现变频器报直流回路过电压跳停。而导至这种情况的主要原因是电机回馈能量使变频器直流回路过电压。
在变频调速系统中，电机的降速和停机是通过逐渐减小频率来实现的，在频率减小的瞬间，电机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电机的转子转速未变。当同步转速小于转子转速时，电机从电动状态变为发电状态;与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”，使变频器直流回路电压升高。
变频器出现直流过电压可以通过增加减速时间或减小减速幅度来减缓直流电压升高，并通过变频器自身的能量消耗来解决直流过电压的情况。但是在实际生产中，这样的方法并不能满足生产的需要。
在变频器减速时间非常短，而且是负载惯性比较大的场合，变频器的制动模块就能起到一个很好的效果。当变频器停机时，电机拖动的负载由于惯性原因，不能及时停止。此时，电机将变成发电机，其产生的能量，将施加到变频器的逆变模块上，将对变频器的模块造成损伤或者是损毁。变频器的制动模块，就是用来消耗电机此时产生的能量，来达到保护变频器的逆变模块的目的。过高的直流电压将使各部分器件受到损害。因此，对于负载处于发电制动状态中必须采取必需的措施处理这部分再生能量。处理再生能量的主要方法有：能耗制动和回馈制动。
3.1 能耗制动
能耗制动采用的方法是在变频器直流侧加放电电阻单元组件，将再生电能消耗在功率电阻上来实现制动。这是一种处理再生能量的最直接的办法，它是将再生能量通过专门的能耗制动电路消耗在电阻上，转化为热能，因此又被称为“电阻制动”。
能耗制动的不足，是在制动过程中，随着电动机转速的下降，拖动系统动能也在减少，于是电动机的再生能力和制动转矩也在减少，所以在惯性较大的拖动系统中，常会出现在低速时停不住，而产生“爬行”现象，从而影响停车时间的延长或停位的准确性;而且电机发出的电会白白的浪费，同时能耗电阻会经常损坏;仅适用一般负载的停车，但有较大能量损耗，停位不准确。然而电路简单，价格较低。
3.2 回馈制动
回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。
要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。
在变频调速系统中，电动机机械惯性的原因，产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。 但是回馈制动只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网电压波动不大于 10%)，才可以采用这种方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。在回馈时，对电网有谐波污染;控制复杂，成本较高。电动机直接接到电网时，电机发出的电向电网回馈，但是这样对电网有较大的影响，如果电机由变频器拖动时，由于变频器有中间储能环节，其储能是有限的，故电机发电状态时对变频器有较大的威胁。
4 小结
变频器中间直流环节的稳定可以减少变频器的故障率，让变频器维持一个稳定的运行状态。在工厂自动化程度日益提高的情况下，变频器稳定可靠的运行是保证生产安全、连续、稳定以及设备运行安全、降本增效的要求。也是进一步提高能效管理的需要。
参考文献：
[1]ABB固件手册.ACS800 标准应用程序 7.X.
[2]王廷才.变频器原理及应用.
[3]顾绳谷.电机及拖动基础.
[4]韩利，夏燕兰.基于最大功率的VSI泄放电阻制动技术及应用.
