充電電阻和儲(chǔ)能電容引發(fā)的變頻器故障分析

中小功率通用變頻器一般為電壓型變頻器，采用交—直—交工作方式。當(dāng)變頻器剛上電時(shí)，由于直流側(cè)的濾波電容容量非常大，在剛充電的瞬間對電流相當(dāng)于短路，電流會(huì)很大。如果在整流橋與電解電容之間不加充電電阻，則相當(dāng)于380V電源直接對地短路，瞬間整流橋通過無窮大的電流導(dǎo)致整流橋炸掉。加上充電電阻限流后，要是不并繼電器或其他元件，充電電阻消耗功率也很大。

例如對于22kW的變頻器，在PN端(直流母線)上至少有45A的電流。如果“接控制電路”部分出問題(比如繼電器或者晶閘管等等質(zhì)量有問題)則在變頻器運(yùn)行一會(huì)兒充電電阻就將因發(fā)熱太大而壞掉。所以充電電阻串接在充電回路中，起通電瞬間限流充電，以保護(hù)整流器等一些輸入回路器件的作用，有的書本上也叫緩沖電阻或啟動(dòng)電阻。西門子6SE701G變頻啟動(dòng)電路如附圖所示。

充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點(diǎn)或晶閘管將電阻短路，完成變頻器的上電過程。如果變頻器的交流輸入電源頻繁通斷，或者旁路接觸器的觸點(diǎn)接觸不良或晶閘管的導(dǎo)通阻值變大，反復(fù)充電或充電時(shí)間過長都會(huì)導(dǎo)致充電電阻燒壞。因此在替換充電電阻前，必須找出原因，才能再將變頻器投入使用。

但有的變頻器在啟動(dòng)期間CPU是有一個(gè)電壓檢測和降頻動(dòng)作的，如果接觸器線圈引線端子松動(dòng)造成接觸不良，接觸器未能吸合，啟動(dòng)時(shí)的較大電流在充電電阻上形成較大的壓降，主回路直流電壓的急劇跌落為電壓檢測電路所偵測，CPU會(huì)做出降頻指令，在空載或輕載時(shí)，檢測電路將欠壓故障“及時(shí)上報(bào)”，CPU馬上停機(jī)保護(hù)。電阻來不及燒掉，變頻器已經(jīng)停機(jī)保護(hù)。

01?如何選擇充電電阻的阻值呢?

380V交流電整流后經(jīng)過充電電阻對電解電容充電，當(dāng)充到一定值(比如DC200V)輔助電源啟動(dòng)給控制板供電，讓控制板工作從而繼電器或晶閘管接通，充電電阻就不再工作了。在開機(jī)的瞬間，充電電阻越小，則流過整流橋的電流就越大。經(jīng)常有初學(xué)變頻器維修者打來電話咨詢，更換了充電電阻，變頻器一開機(jī)，整流橋馬上就被炸掉了，是不是充電電阻選擇太小了呢?答案是否定的。

其實(shí)，在開機(jī)瞬間，一般情況下一開機(jī)炸掉整流橋不是因?yàn)檫x擇的充電電阻R小了，而是R太大導(dǎo)致整流橋的炸掉。因?yàn)樽冾l器開機(jī)后，電流經(jīng)充電電阻去充電，當(dāng)充的電足夠輔助電源啟動(dòng)(比如200V)，CPU工作，發(fā)出信號(hào)給繼電器或晶閘管可控硅讓其導(dǎo)通。在繼電器導(dǎo)通瞬間繼電器b點(diǎn)處電壓要是很低(比200V大)，而a點(diǎn)電壓是AC380V直接整流過來大概在DC540V左右，所以a、b二端壓差很大。在觸發(fā)、導(dǎo)通瞬間電流很大，就好比a、b之間是一個(gè)很小的電阻，瞬間幾百伏電壓加上去，這樣整流橋流過的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整流橋額定電流，所以把整流橋炸掉。

變頻器功率越大，充電電阻越小。因?yàn)樽冾l器功率越大，需要電解電容的容量就越大，而電容器的容量越大，所需要充電的時(shí)間就越長。RC決定充電時(shí)間，要想充電時(shí)間盡量短，只有把充電電阻R取小。一般充電電阻選擇：最大值最好不要超過300Ω，最小值最好大于等于10Ω，大功率變頻器選擇充電電阻小，小功率變頻器充電電阻大。

02?儲(chǔ)能電容容量的選擇

一般選擇經(jīng)驗(yàn)值為≥60μF／A。例如，一臺(tái)15kW的變頻器額定電流為30A，需要的電容容量為≥60μF／A×30 A即至少為1800μF，所以一般選擇4個(gè)2200μF(二并二串)或者2個(gè)4700μF的電容(二串聯(lián))。當(dāng)然還要考慮所選電容器的品牌，品牌不同，質(zhì)量相差會(huì)很大。

有的人維修變頻器只對損壞的逆變模塊一換了之，往往用不了多長時(shí)間模塊再次損壞。出現(xiàn)這種情況會(huì)抱怨模塊質(zhì)量不佳，用戶使用環(huán)境太差等等。其實(shí)，最重要的原因是他們沒有找出逆變模塊損壞的原因，沒有徹底清除故障隱患。

逆變模塊的損壞，除了負(fù)載長時(shí)間過載、散熱不良和雷電沖擊之外，究其內(nèi)部原因，電容器的容量減小、失容和失效，是導(dǎo)致其損壞的致命殺手!其危害性不容忽視。容量減小，輕者表現(xiàn)為帶負(fù)載能力差，負(fù)載加重時(shí)往往引起直流回路欠壓跳閘故障，電容進(jìn)一步損壞時(shí)，則形成對逆變模塊的致命打擊，此時(shí)，電壓檢測電路來不及做出反應(yīng)，報(bào)出故障，造成逆變模塊損壞。

電容不良或失效以后(或容量變小)，帶小功率負(fù)載(大馬拉小車)運(yùn)行時(shí)表面上看不出什么異常，但接入較大功率負(fù)載后(滿載運(yùn)行)情形就不一樣了。此時(shí)變頻器直流回路已完全(或者部分)喪失儲(chǔ)能濾波能力。直流回路是頻率為300Hz的脈動(dòng)直流，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流吸入，加大了脈動(dòng)電流的脈動(dòng)成分。這是電阻選小了對高壓電容不利，電阻選大了容易炸的原因之一。此外，如果電機(jī)繞組的反電勢或變頻器的某一輸出載波，恰好落在脈動(dòng)直流的變化范圍之內(nèi)，二者相互疊加，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)脈動(dòng)電流的急劇變化，恰好落到某一頻率點(diǎn)上，電路中的分布電感和分布電容不時(shí)的加入進(jìn)來，各方面的不利因素的加入和互為作用，使回路中的動(dòng)態(tài)能量急劇上升，瞬間危險(xiǎn)的諧振過電壓在此時(shí)出現(xiàn)!逆變模塊中的IGBT管和電路中的尖峰電壓吸收二極管，它們的耐壓值在正常時(shí)有一定的甚至是較大的富裕量，但在此時(shí)高于耐壓值數(shù)倍的高電壓沖擊下，并無招架之功，也顯得非常脆弱，過電壓炸裂和擊穿短路也就不足為奇了。雖然變頻器有完善的電壓或電流保護(hù)檢測電路，但如果經(jīng)常要面對此類瞬間電壓畸變，顯得無能無力，或有時(shí)根本無法做出適時(shí)的反應(yīng)。

但儲(chǔ)能電容不良故障往往又較為隱蔽，可以說是軟故障，容易被人忽視。有的電容測其容量似乎沒有問題，也可以運(yùn)行，但在運(yùn)行中是一大隱患。尤其是大功率變頻器中的電容，如果環(huán)境惡劣運(yùn)行年久，其引出電極常年累月經(jīng)受數(shù)百赫茲的大電流充、放電沖擊，出現(xiàn)不同程度的腐蝕氧化現(xiàn)象，用電容表測量，容量無異常，但接在電路中，則因充、放電內(nèi)阻增大，致使直流回路電壓跌落，變頻器不能正常工作，從而使檢修人員作出誤判，走彎路。再次強(qiáng)調(diào)：儲(chǔ)能電容失容后極易出現(xiàn)諧振過電壓導(dǎo)致模塊炸裂。

特別強(qiáng)調(diào)

檢修三年以上或運(yùn)行年限更長的變頻器，不能忽略對儲(chǔ)能電容的檢查；對逆變模塊說不清道不明原因的損壞，則應(yīng)徹底檢查、更換直流回路中的儲(chǔ)能電容!

審核編輯：湯梓紅