变频器故障诊断

变频器故障诊断

白盼盼周杰

安徽建筑大学城市建设学院机械与电气工程系安徽合肥230000

摘要；随着社会经济的发展，变频器在实际生活及生产中有着十分广泛的应用，并且发挥着重要作用。在变频器实际应用过程中，变频器故障的发生会对其实际应用效果产生不利影响，因而对变频器故障进行诊断及处理也就十分必要。本文结合变频器的故障类型特点，对其故障产生原因及处理予以简单分析，这给变频器故障诊断处理带来积极的作用。

关键词：变频器；故障诊断；处理

引言

随着变频技术的发展，变频器以其优越的性能和显著的节能效果在多个邻域得到广泛的应用。在变频器实际应用过程中，很多方面因素均会对正常应用产生不利影响，而其中比较重要的一个方面就是变频器故障的出现，其不但会导致变频器无法正常运行，严重者还会造成变频器损坏，带来了极大影响。如果通过研究开发自行解决故障的诊断与维修问题，采取适当的方法，在较短时间内使故障变频器得到修复，而不必整体更换，可使损失降到最低。因此解决变频器的故障诊断和维修问题是一个十分重要的课题。因此对于变频器的故障诊断研究是十分有必要的，也有着一定的意义。

1变频器的工作原理

变频器原理（英文Variable-frequencyDrive，简称VFD）是应用变频技术与微电子技术的原理，通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机的电力控制装置。使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。变频器主要由整流器（交流变直流）、滤波器、变频器（直流变交流）、制动单元、驱动单元和检测单元组成。变频器通过内部IGBT开关调节输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要提供所需的功率电压，达到节能调速的目的。此外，变频器还具有过流、过电压、过载保护等多种保护功能。随着工业自动化水平的不断提高，变频器得到了广泛的应用。

2变频器的故障类型及产生原因

变频器的故障类型多种多样，其故障的分类方式可以按如下原则区分：①故障发生的时间因素划分。突发性故障，通常事发突然并且会使设备丧失某种特定功能；间歇性故障，通常表现为某种功能有时可以使用，有时不能使用；老化性故障，即设备在运行很长时间，零件老化之后出现的一些故障。②按照故障发生的性质划分。永久性故障，是因为某些原因造成了故障持续存在。例如保险丝熔断造成的缺相；偶发性故障，是指机器时好时坏并且故障时间完全无规律。通常是由于元件在焊接过程中不仔细或者其他原因造成的电路异常现象。

或者由于外界随机产生的各类干扰信号使机器产生了异常。③故障发生的部位划分。电源故障，即变频器供电部分存在的故障；内部故障，只变频器自身所存在的故障，内部故障可以细分为直流环节故障，逆变器故障和控制系统故障；负载故障，即变频器电动机发生的故障。

变频器故障产生的原因多种多样：①外部原因。如操作错误、参数设定不正确、负载过重、外部冷却风扇损坏、温度过高、外界干扰、电网本身有问题等。②内部原因。如电路短路、接地元件损坏、绝缘破损、接插件接触不良、模块损坏等。

3变频器的故障诊断方法

3.1基于专家系统和虚拟仪器的变频器故障诊断

系统解决方案如下：在多个区域建立变频器的计算机诊断专家系统，其主要作用是分离出故障的部位，判断故障的种类，评价故障的严重程度，采取修复、隔离或更新等措施。系统由框架网络、诊断算法、知识管理系统、人机交互系统、虚拟仪器5个部分组成。该系统成功地将专家系统和虚拟仪器技术相结合，用专家系统实现计算机的智能诊断，用虚拟仪器技术实现了不同仪器的协作和数据共享，提高了变频器故障的诊断和修复的效率。但当前的专家系统缺乏联想、容错、自学习、自适应及自组织的自我完善功能，开发一个复杂的多功能专家系统很困难，而且用虚拟仪器来实现专家系统的知识表示和诊断算法不是很方便，这一问题有待解决

3.2基于故障树的变频器故障诊断

当变频器故障为多故障时，采用故障树诊断法更为有效。方法是先将变频器的故障列出，再将引起故障的原因通过适当的逻辑门与故障连接起来，构成1棵故障树，如图1所示。查询时采用逻辑推理诊断法和最小割集诊断法，由下而上逐个排除，直到全部查出为止。故障树法诊断对故障源的搜寻直观简单、灵活性大、通用性强，但它是以正确故障树的结构为前提的，因此建造正确合理的变频器故障树是诊断的核心和关键。

图1变频器故障诊断树示意图

3.3基于信号处理的变频器故障诊断

（1）基于模糊理论和频谱分析的故障诊断方法

该方法将模糊理论和频谱分析引入电力电子电路故障诊断之中，对关键点的电压信号进行数据采集，然后对该信号进行频谱分析，得到被诊断元件不同故障时关键点的频谱特征，通过确定各待诊断元件的故障隶属度，确定故障元件。

（2）基于DSP的故障诊断方法

该方法对整流电路装置正常工作和故障运行时整流电压波形进行分析和归类，定义了一种“面积”并建立了故障模型，提出了一种改进的谱分析故障诊断方法，根据其特征值进行诊断定位；其次归纳出实验算法并用DSP系统实现，实验证明方案可行。基于信号处理的变频器故障诊断方法，无需对象的精确模型，适用性强，灵敏度高，诊断速度快，实现简单，但也存在故障特征参数需根据专家经验来设定、没有一种通用实效的设定方法等缺陷。

3.4其它的诊断方法

由于对变频器的故障的诊断会关系到设备的可靠性，所以对其的开发和研究也越来越深入了，研究的方法也越来越多，除了上文中提到的三种，国内外的很多学者从不同的角度研究出了很多的变频器故障的诊断技术。如：采用状态次序法诊断整流电路和逆变电路中的六路触发脉冲故障的方法、基于逆变器三相平均输出电流Park矢量的电压源逆变器故障诊断方法以及在线诊断PWM逆变器触发脉冲间歇性丢失故障的方法。

4总结

总而言之，变频器的故障诊断是复杂的，本文只是简单的介绍了变频器的故障类型及其原因，以及变频器的诊断方法等方面。变频器在生产实践中有着广泛的应用，因此变频器有广阔的研究前景，研究之是十分有意义的。

参考文献：

[1]鱼小丽.变频器运行中的常见故障浅析[J].电界，2016（11）：129.

[2]陈世杰.变频器故障诊断与处理对策[J].科技风，2015（07）：53.

[3]徐德鸿，程肇基，范云其.诊断电力电子电路故障的新方法——沃尔什分析法[J].电工技术学报，2002（11）.

[4]孙丰涛，张承慧，崔纳新，杜春水.变频器故障诊断技术研究与分析[J].电机与控制学报，2005（3）.

[5]朱大奇，于盛林.基于知识的故障诊断方法综述[J].安徽工业大学学报，2002（19）