高压变频器的工作原理和常见故障分析

陈振鹏

摘 要：随着我国高压变频器领域技术水平的不断提升，大量高压变频器在许多发电企业中得到广泛应用。虽然高压变频器具有节约电力资源、保护功能完善、可靠性强等优势，但是，在实际应用过程中会因为各种因素导致故障。文章结合我国高压变频器的工作原理，简要分析高压变频器的常见故障和解决故障的有效措施，希望能够推动高压变频器的稳定运行。

关键词：高压变频器;工作原理;常见故障;措施

中图分类号：TM74文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）06-013-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.006

在电力企业中使用高压变频器的目的是调整交流点源的频率，因其具有组态灵活、可靠性和安全性较高的优势，在我国发电领域得到了十分广泛的应用，电力企业中的风机和水泵等机械设备都与高压变频器实现了有效结合。但是，在实际应用过程中，高压变频器的故障类型和数量不断增加，使得高压变频器的检修工作难度不断提升。

1 高压变频器的工作原理

高压变频器主要利用了半导体的性质，电力半导体器在交流电的作用下会出现通断作用，可以实现灵活转变交流电频率的效果。如果将高压变频器和高压电源进行正确连接，则功率电源模块运行之后，就可以输出频率在50Hz内的可变电源。高压变频器上的对外接口可以帮助工作人员利用设备对其进行远程控制。与传统的调整方式相比，高压变频器可以准确地控制调速范围、精度和节约电力资源，具有十分明显的优势[1]。

2 高压变频器的优势

2.1 有效节约电力资源

为了生产活动能够顺利进行，在设计机械设备时会特意预留驱动动力。如果机械设备不能在额定功率下正常运行，会导致部分电力资源的浪费。过去，工作人员会利用传统调速方法，即对关键位置的挡板和闸门的开度进行合理控制，确保机械设备的风量和供水量在合理范围内。但是，挡板和闸门的阻挡作用也会使部分电力资源无法得到合理使用。如果应用高压变频器，在机械设备没有满负荷运行的情况下，可以通过调节风机和水泵的转速，有效控制其频率。因此，输送流量的压力做的都是有用功，不会因为需要克服挡板和闸门的阻力而浪费资源。高压变频器的使用，加快了液力耦合器等设备的淘汰，机械设备数量的减少也有利于资源节约。

2.2 延长设备使用时间

高压变频器可以减小电机在启动过程中受到的冲击力，使得启动时的压力和风量得到有效控制，从而降低电机出现故障的概率。高压变频器还可以减少风机喘振现象，有效避免水泵的水锤效应，在低负荷运行情况下降低风速，减少机械之间摩擦的次数。因此，高压变频器的应用能够延长机械设备的使用时间，降低其出现严重磨损和发生故障的频率，减少施工单位在维护和维修设备中花费的成本[2]。

2.3 提高自动化程度

变频器输出的功率在0～50Hz，该输出频率的可调范围较广，能够实现高精度的频率调节，有利于实现变频过程的自动化和网络化控制，不断提高我国电力生产工艺水平。

3 高压变频器的常见故障和原因

3.1 故障直流母线欠电压

一般情况下，直流母线欠电压设置一个安全范围，安全值为设备额定电压的65%。一旦在运行过程中出现直流母线欠电压的故障，其主要原因可能是电网测电压数值偏低、高压开关掉闸和电网的瞬时电压变化幅度过大等。故障检修人员要对整流变压器的副边、接线螺栓、功率模块的三相进线、三相进线的熔断器等进行详细检查，对设备的正常状态和各种细节了然于心，迅速发现设备发生故障的准确原因并完成维修工作。

3.2 环境温度问题

高压变频器内部的大频率电子元件对周围环境的要求十分严格，周围环境的物理和电力条件如果无法满足电子元器件的要求，可以大幅增加电子元器件发生故障的频率。尤其是在炎炎夏日，高温往往是导致高压变频器发生故障的直接因素，因为高压变频器的散热速度比较慢，在其本身温度超过报警温度的情况下，变频器会出现比较严重的损坏。

3.3 参数设置错误

高压变频器的重要参数包括了V/F曲线和PID控制等，参数设置直接影响高压变频器的正常运行。因此，技术人员要根据设计参数准确设置。实际工作中经常会出现参数设置错误的问题，导致出现设备硬件跳线不正确的情况。参数错误会引起设备跳闸、启动和保护失败等一系列问题，甚至直接导致设备器件的烧毁，对工程质量和工程进度都造成不良影响。

3.4 光纤故障

单元控制板和主控板之间会因为各种原因出现无法顺利进行通讯的问题，相光板和主控箱电源板出现故障的情况也不少。为了更加有效地解决光纤故障，可以检查功率模板与电源的连接、功率模板和光纤连接头是否一切正常，观察光纤是否存在折断漏光或者蒙蔽灰尘的情况[3]。

3.5 驱动故障

出现驱动故障的主要表现是电路中电流和管压降显著增加。对于这种故障，要详细检查内部的线路和续流二极管，检查电机、输出电缆和输出螺栓是否存在异常，确保电路不发生短路问题。因为驱动板和单元控制板都会影响到设备的驱动，因此可以将其二者進行替换。

3.6 运行频率调整的故障

采用闭环或者开环控制运行频率的方法，在实际操作中并不能有效改变其频率，也就证明该机械设备出现了无法调整运行频率的故障。因此，可以采取多种调整运行频率的方法，并结合实际运用的调整方法和机械设备的情况合理分析其原因。

3.7 电气件出现质量问题

控制芯片、晶体管、整流桥和电容等电气件的正常运行是高压变频器不发生故障的重要前提。但是，组成高频变压器的电气件的使用时间会受到周围环境的温度、湿度等因素的影响，导致电气件的严重老化[4]。

4 解决常见故障的有效措施

4.1 减少环境因素的影响的措施

为了迅速有效地解决高压变频器运行过程中的各种类型故障，检修人员需要根据专业知识和工作经验，准确找出引起故障的原因，采取针对性措施。通过输入高压或者低压的电流可以检测电缆是否出现中断和短路等问题，一般情况下，电缆的热老化和碳化外缘都向检修人员传递了有效的信息，暗示着该部分可能是发生的故障的准确位置。高压变频器对周围环境的要求比较高，因此在其内部一般都会安装多种类型的传感器，目的是使机械设备能够检测到周围环境湿度、温度等方面的准确数据。为了有效降低高频变压器发生故障的概率，工作人员要将周围环境的条件控制在合理范围之内。高频变压器周围一般也会安装许多辅助机械设备，因此，当所以设备运行过程中会产生比较多的灰尘，如果高压变频器的变频柜内聚积了大量的灰尘，将会使得其绝缘性大幅度降低，而且很有可能发生电子元器件被击穿的严重故障。为了避免灰尘对设备的不良作用，设备会安装一定的空气堵塞滤网，但是如果工作人员没有对滤网进行及时地清理，过多的灰尘聚积会导致机械设备的散热受到影响，功率柜内的温度过高将导致功率模块的损害。电力企业在选择机械设备的性能、类型的过程中，需要参考当地的气候变化和主要特征等信息，确保机械设备能够在当地的典型环境中正常运行。

4.2 系统控制电源性能

高压变频器的主控制系统能够对三相电压发出一系列指令，主要是通过数字变频信号处理器实现的控制作用。信号板能够准确收集和处理逆变器电压和电流输出信号等方面的信号，十组变频器可以对处理后的信号进行处理。一旦高压变频器的主控板或者信号板电气件出现质量故障，则将会导致输出电流波动幅度过大的问题，检修人员可以通过该现象确定出故障位置。当高压变频器处于过载状态时，许多敏感的电气件就会出现严重的损害问题，因此工作人员一定要严格控制电源的安全性。确定出现质量问题的电气件后，检修人员可以对其进行维修或者更换的措施，根据工程要求更换成安全度更高的电气件。

5 结语

高频变压器的智能化程度比较高，如果组成该设备的任何一个电气件发生故障，都有可能导致整个设备无法正常运行。在高频变压器投入使用的过程中，出现了光纤故障、驱动故障等各种类型的故障问题，检修人员需要基于高频变压器的工作原理，通过不断的实践操作积累检修经验，确保电力企业的高频变压器得以正常运行。

参考文献

[1] 张佳音.浅谈高压变频器几种故障分析及处理[J].科学与财富，2019（9）：236.

[2] 魏明勇.高压变频器调试中的问题分析及程序优化[J].电子技术与软件工程，2019（22）：211-212.

[3] 鄧珺.关于高压变频器在运行中常见的故障及相应对策研究[J].中国战略新兴产业，2019（46）：34.

[4] 胡伟.高压变频器常见故障分析及处理[J].电子世界，2020（23）：168-169.