变频器的调试和故障处理及预防措施

中南大学
专科毕业论文（设计）题目：ABB 变频器的调试和故障处理及预防措施学生姓名：杨虎得
函授站点：中南大学西宁函授站
专业班级：2014级机电一体化
完成时间：2016年5月15日
指导老师：李成文
摘要
随着科学技术的发展，变频技术被广泛应用于工业生产中，它具有调速范围宽、调速精度高，起、制动平稳、可实现无极调速的优点。

市面上各种品牌的变频器控制方式大多采用磁通矢量控制FVC，现在通用型的变频器一般包括以下几个部分:整流桥、逆变桥、中间直流电路、预充电电路、控制电路、驱动电路等。

ABB 变频器以其稳定的性能，丰富的选件扩展功能，可灵活应用的编程环境，良好的力矩特性，以及可供不同场合使用的多种系列，在变频器市场占据着重要的地位。

其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。

ABB采用直接转矩控制DTC方式。

其力矩阶跃上升时间小于5ms，比FVC 控制方式至少小一倍，动态控制精度比FVC高出一个数量级；特别在低速运行、电网供电质量不好、波形发生畸变时，DTC仍然能保持较高的控制精度。

变频器由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。

为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析显得尤为重要。

本文主要介绍了ABB变频器先进的调速性能以及在铝电解
多功能机组上的的实际应用，现就青海黄河水电再生铝业有限公司电解厂多功能天车上使用ABB变频器的应用、调试、故障处理及预防措施方法加以阐述。

关键词：电磁干扰、励磁辨识、逆变器、自诊断
Keywords: Electromagnetic interference, excitation identification, inverter, self diagnosis
前言
近年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统。

几乎可以说，有交流电动机的地方就有变频器的使用。

一台变频器的好坏，驱动电路起着至关重要的作用，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。

变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义，变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有明显的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。

在电力、石油、化工、冶金等行业以及公用工程(中心空调、供水、水处理、电梯等)中，变频器都在
发挥着重要作用。

应用变频调速，可以大大进步电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行，采用变频调速，可大大进步轻载运行时的工作效率。

目录
一、交流变频器调速装置的介绍1
直流调速缺陷 1
变频交流调速 1
二、变频器的调试技巧4
熟悉控制盘 5
变频器空载通电前的检验 6
参数调试步骤
三、变频器控制回路的抗干扰措施5
干扰的基本类型及抗干扰措施 5
其它注意事项 6
四、变频器主要故障处理方法4
驱动电路常见的问题及解决方法 5
一般常见的故障处理方法 6
五、变频器本身的故障自诊断及预防功能4自动转矩补偿功能 5
内部故障自动复位 6
六、变频器对周围设备的影响及故障防范4电源高次谐波 5
电动机温度过高及运行范围 6
七、结论12
八、结束语12
九、参考文献13
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一、交流变频调速装置的介绍
直流调速缺陷
以往工业生产中多数采用直流电机，直流电机有以下缺点：有碳刷和换相器，需要经常检修。

换向火花使直流电机应用环境受限，换向能力限制直流电机容量和速度。

而交流变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向,随着电力电子技术,微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用。

变频交流调速
随着变频技术的发展，变频调速已逐渐取代了过去的滑差调速,变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域.但由于受到使用环境,使用年限以及人为操作上的一些因数,变频器的使用寿命大为降低,同时在使用中也出现了各种各样的故障.ABB的交流调速装置分为ACC和ACS两种系列ACC和ACS在硬件组成和结构上基本一样，区别在控制软件上，ACC是专门为起重机设计的它有一个专门控制制动器的标准提升应用宏，用于位能性负载。

它可以做到打开制动器时电机以零速保持着重物，然后根据装置内设定的加、减速曲线加速到给定值，解决了溜钩问题。

ACS 是为风机、水泵、平移机构等摩擦性负载而设计的，在起重机中主要用于行走等平移机构。

因此在我单位沈阳冶修设计的多功能天车中选用了ABB的交流调速装置，其中主起升和副起升采用ACC800，小车和大车行走采用了ACS800。

二、变频器的调试技巧
通过变频器的参数设置调试，就可以实现相应的功能，ACS800 有很多参数供用户选择，在实际应用中，没必要对每一组参数进行设置。

但有些参数由于和实际使用情况有很大关系，且有的还相互关联，因此要根据实际使用情况进行设定和调试。

变频器安装后调试的好与坏决定了变频器的使用寿命、应用效果以及运行的稳定性等。

熟悉控制盘
(1)将变频器的接地端子接地。

(2)将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上。

(3)检查变频器显示窗的出厂显示是否正常如果不正确应复位。

(4)熟悉变频器的操作键。

(5)变频器的控制盘见图1，面板功能键说明见表1
图1
表1
液晶显示屏上可以显示4 行，每行20 个字符。

在启动时，语言通过参数进行选择。

该控制盘适用于所有的ACS800 系列，单箭头键、双箭头键和ENTER 用途取决于控制盘的操作模式。

变频器的空载通电前的检验
（1）将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上；（2）将变频器的接地端子接地；
（3）确认变频器名牌标签的电压频率等级与电网的是否相吻合，无误后送；
（4）运行变频器到50hz，测试变频器u、v、w三相输出电压平衡；（5）断电完全没显示后，接上电机线。

参数调试步骤
变频器的参数首先要设置电机的基本额定参数，要综合考虑变频器的工作电流，变频器容量选择应本着变频器额定电流大于电动机额定电流的原则来选。

（1）根据电动机的铭牌上额定电压、电流、转速、功率等设置～参数，也可以通过CDP312 控制盘的FUNC 功能键由启动向导的英文提示一步步进行参数设定，参数设定好后，即可作电机的辨识运行。

（2）参数应选择 ID MAGN；在电机与其驱动的设备分离时，为了保证最好的控制精度，参数应选择STANDARD。

（3）采用励磁辨识(IDMAGNETISATION)是应选择本地控制 LOC,用REF 键进行激活。

手动打开抱闸后，即可进行启动，30s 左右辨识完毕，变频器液晶显示屏上的WARNING 闪烁消失辨识成功。

（4）根据提升或行走设定不同的参数，设置～参数组。

三、变频器控制回路的抗干扰措施
变频器周围存在各种干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。

提高变频器自身的抗干扰能力固然重要，但由于受装置成本限制，在外部采取噪声抑制措施，消除干扰源显得更合理、更必要。

我们知道变频器由主回路和控制回路两大部分组成，由于主回路的非线性（进行开关动作），变频器本身就是谐波干扰源，所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。

与主回路相比，变频器的控制回路却是小能量、弱信号回路，极易遭受其它装置产生的干扰，造成变频器无法工作。

因此，变频器在安装使用时，必须对控制回路采取抗干扰措。

变频器的基本控制回路，同外部进行信号交流的基本回路有模拟与数字两种： 4 ～20mA电流信号回路（模拟）；1～5V / 0 ～5V电压信号回路（模拟）。

开关信号回路，变频器的开停指令、正反转指令等（数字）。

外部控制指令信号通过上述基本回路导入变频器，同时干扰源也在其回路上产生干扰电势，以控制电缆为媒体入侵变频器。

干扰的基本类型及抗干扰措施
（1）静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。

采取的措施是加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上是，干扰程度就不大明显。

在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。

（2）静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。

干扰的大小取决干扰源电缆产生的磁通大小，控制电缆形成的闭环面积和干扰源电缆与控制电缆间的相对角度。

采取的措施是一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（最低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。

将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。

（3）电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。

采取的措施是同上所述。

必要时将变频器放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。

（4）接触不良干扰：指变频器控制电缆的电接点及继电器触电接触不良，电阻发生变化在电缆中产生的干扰。

采取的措施是对继电器触点接触不良，采用并联触点或镀金触点继电器或选用密封式继电器。

对电缆连接点应定期做拧紧加固处理。

（5）电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。

采取的措施是变频器的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。

（6）接地干扰：指机体接地和信号接地。

对于弱电压电流回路及任何不合理的接地均可诱发的各种意想不到的干扰，比如设置两个以上接地点，接地处会产生电位差，产生干扰。

采取的措施是速度给定的控制电缆取1点接地，接地线不作为信号的通路使用；电缆的接地在
变频器侧进行，使用专设的接地端子，不与其它接地端子共用。

并尽量减少接地端子引接点的电阻，一般不大于100d。

其它注意事项
装有变频器的控制柜，应尽量远离大容量变压器和电动机。

其控制电缆线路也应避开这些漏磁通大的设备。

（1）弱电压电流控制电缆不要接近易产生电弧的断路器和接触器，控制电缆建议采用1.25mm2或2mm2屏蔽绞合绝缘电缆，屏蔽电
缆的屏蔽要连续到电缆导体同样长。

电缆在端子箱中连接时，屏蔽端子要互相连接。

（2）以下几项措施是对噪声干扰实行“三不”原则的具体方法：变
频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上需加装防止冲击电压的吸收装置，如RC吸收器；
（3）尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主线路分离；指定采
用屏蔽线回路，须按规定进行，若线路较长，应采用合理的中继方式；（4）变频器接地端子应按规定进行，不能同电焊、动力接地混用；
变频器输入端安装噪声滤波器，避免由电源进线引入干扰。

四、变频器主要故障处理方法
在实际运用当中ABB变频器会有很多意想不到的故障发生，现结合实际简要的阐述主要故障及解决方法。

驱动电路常见的问题以及解决
驱动电路只是一个统称，随着技术的不断发展，驱动电路本身也经历了从插脚式元件的驱动电路到光耦驱动电路，再到厚膜驱动电路，
以及比较新的集成驱动电路。

驱动电路损坏的原因及检查造成驱动损坏的原因有各种各样的，一般来说出现的问题也无非是 U，V，W三
相无输出，或者输出不平衡，再或者输出平衡但是在低频的时候抖动，还有启动报警等。

当IGBT 逆变模块损坏的情况下，驱动电路基本都不可能完好无损，切不可直接换上IGBT 逆变模块，这样很容易造成刚换上的好的器件再次损坏。

这个时候应该着重检查下驱动电路上是否有打火的印记，这里可以先将IGBT 逆变模块的驱动脚连线拔掉，用万用表电阻挡测量六路驱动电路是否阻值都相同，如果六路阻值都基本相同还不能完全证明驱动电路是完好的，再用数字式电子万用表来测量驱动电路六路的直流电压，一般来说，未启动时的每驱动电
路上的直流电压约为 10V 左右，启动后的直流电压约为 2-3V，如果测量结果一切正常的话，基本可以判断此变频器的驱动电路
的。

接着就将 IGBT 逆变模块连接到驱动电路上。

一般常见的故障处理方法
（1）ACS800TEMP (4210)传动的IGBT 温度过高，鼓障跳闸极限为100%。

这是由于电解车间温度过高，配电柜空调损坏或电机功率不符合所引起。

应检查通风条件和风机运行状态。

散热器的散热片，清除灰尘
灰尘。

（2）CURUNBAL (2330)逆变单元中的输出电流不平衡。

由于外部鼓掌(接地鼓障、电机鼓障、电缆鼓障等)或内部故障(损坏的逆变器元件)。

测量电机或电机电缆的绝缘电阻，检查无接地故障。

（3） ID MAGN REQ (FF30)需要对电机进行辩识。

这个警告属于正常的启动步骤。

进入参数组进行辩识。

（4） BR WIRING (7111)制动电阻器连接错误。

检查电阻器的连接、查看是否安装了内置的制动斩波器，变频器型号标签中是否有
“+D150”，确认制动电阻未被损坏。

（5）SCN INV (2340)并行连接的逆变模块单元短路。

检查电机电缆，或逆边器模块中的功率半导体(IGBT)
（6） SHORT CIRC (2340) 电机电缆短路或逆变器单元的输出桥故障。

现象是变频器一上电就跳闸，这种现象一般不能复位，主要原因有:模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。

重新启动时，一升速就跳闸。

这是过电流十分严重的现象。

主要原因有:负载短路，机械部位有卡住;逆变模块损坏;电动机的转矩过小等现象引起。

重新启动时并不立即跳闸而是在加速时跳闸，主要原因有:加速时间设置太短、电流上限设置太小,设置参数组22ACCELDECEL. 检测逆变器半导体元件和电流互感器，驱动板维修，更换IGBT 和驱动板。

（7）DCUNDERVOLT (3220)中间直流回路电压不足。

这可能是由于主电源缺相、熔断器烧断或整流桥内部故障所引起的。

检查主电源供电是否正常，如果变频器进线端通过了接触器，要检查接触器的控制回路是否误动作，如控制回路有误动作，可能导致接触器短时间内频繁启动停止，造成变频器欠压故障，复位即好。

如果变频器刚断电，迅速通电，也会引发此故障，所以变频器如果断电，要等电容放完电后(约5 分钟)，再重新启动变频器。

（8）0VERCURRENT(2310)输出电流过大。

输出电流超过软件的过流跳闸极限。

检查电机负载是否短路、机械传动装置是否卡住;检查参数设定是否合适，包括升速和降速的时间是否设定太短、启动转矩是
否太小。

出铝钩使用了编码器，检查编码器传递数据是否准确(可从参数里先把编码器去掉，再运行，查看电流是否正常)。

五变频器本身的故障自诊断及预防功能
过去的晶体管变频器主要有以下缺点：容易跳闸、不容易再起动、过负载能力低。

由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完
善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

自动转矩补偿功能
如果使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，所谓全区域全自动转矩补偿功能指的是变频器在电动机的加速、减速。

该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化其中“起动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。

由于电动机转子绕组中阻抗的作用，当采用V/f控制方式时，在电动机的低速区域将出现转矩不足的情况。

因此，为了在电动机进行低速运行时对其输出转矩进行补偿，在变频器中采取了在低频区域提高V/f值的方法。

这种方法称为变频器的转矩补偿功能或转矩增强功能。

内部故障自动复位
由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再起动；对内部故障自动复位并保持连续运行；负载转矩过大时能自动调整运行曲线，能够对机械系统的异常转矩进行检测。

故障自动复位功能是因过电流、过电压而使变频器跳闸时，可使其自动地再启动，再启动时，按“转速跟踪再启动”方式进行。

若10秒内连续跳闸3次，变频器才停机。

从这里不难看出，这种功能具有一定的危险性，因为产生报警信号，一般都是负载或变频器、电源等方面出了问题。

隐藏着危险性很大的隐患，这些隐患未排除，再次投入运转，必将对变频器、设备等产生再次冲击。

第一次跳脱未造成损坏的，第二次有可能导致故障扩大，因此要谨慎使用。

如果变频器与操作点远，可以采用复位控制端子，远距离使之复位。

六、变频器对周边设备的影响及故障防范
变频器的安装使用也将对其他设备产生影响，有时甚至导致其他设备故障。

因此，对这些影响因素进行分析探讨，并研究应该采取哪些措施时非常必要的。

电源高次谐波
由于目前的变频器几乎都采用PWM控制方式，这样的脉冲调制形式使得变频器运行时在电源侧产生高次谐波电流，并造成电压波形畸变，对电源系统产生严重影响，通常采用以下处理措施：采用专用变压器对变频器供电，与其它供电系统分离；在变频器输入侧加装滤波电抗器或多种整流桥回路，降低高次谐波分量。

电动机温度过高及运行范围
对于现有电机进行变频调速改造时，由于自冷电机在低速运行时冷却能力下降造成电机过热。

此外，因为变频器输出波形中所含有的高次谐波势必增加电机的铁损和铜损，因此在确认电机的负载状态和运行范围之后，采取以下的相应措施：对电机进行强冷通风或提高电机规格等级；更换变频专用电机；限定运行范围，避开低速区。

七、结论
通过以上对变频器的参数设定、调试及故障解决方法，可以降低变频器的故障，提高设备运行率。

八、结束语
本设计在李成文老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试无不凝聚着李成文老师的心血和汗水，在专科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。

在此向李成文老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。

正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向中南大学，机电系的全体老师表示由衷的谢意。

感谢他们对我的辛勤栽培。

九、参考文献
1．曹玉泉，王主恩，异步电机变频调速技术(二)
2．王廷才，变频器原理及应用(第2版)》
3．ACS800标准控制程序固件手册，ABB电气传动系统有限公司出版。