充電電阻和儲能電容引發(fā)的變頻器故障

1．充電電阻  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。當變頻器剛上電時，由于直流側的濾波電容容量非常大，在剛充電的瞬間對電流相當于短路，電流會很大。如果在整流橋與電解電容之間不加充電電阻，則相當于380V電源直接對地短路，瞬間整流橋通過無窮大的電流導致整流橋炸掉。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量有問題)則在變頻器運行一會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電阻。西門子6SE701G變頻啟動電路如附圖所示。

充電完成后，控制電路通過繼電器的觸點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接觸不良或晶閘管的導通阻值變大，反復充電或充電時間過長都會導致充電電阻燒壞。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期間CPU是有一個電壓檢測和降頻動作的，如果接觸器線圈引線端子松動造成接觸不良，接觸器未能吸合，啟動時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會做出降頻指令，在空載或輕載時，檢測電路將欠壓故障“及時上報”，CPU馬上停機保護。電阻來不及燒掉，變頻器已經停機保護。

那么，如何選擇充電電阻的阻值呢?

380V交流電整流后經過充電電阻對電解電容充電，當充到一定值(比如DC200V)輔助電源啟動給控制板供電，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。在開機的瞬間，充電電阻越小，則流過整流橋的電流就越大。經常有初學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，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，在開機瞬間，一般情況下一開機炸掉整流橋不是因為選擇的充電電阻R小了，而是R太大導致整流橋的炸掉。因為變頻器開機后，電流經充電電阻去充電，當充的電足夠輔助電源啟動(比如200V)，CPU工作，發(fā)出信號給繼電器或晶閘管可控硅讓其導通。在繼電器導通瞬間繼電器b點處電壓要是很低(比200V大)，而a點電壓是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)、導通瞬間電流很大，就好比a、b之間是一個很小的電阻，瞬間幾百伏電壓加上去，這樣整流橋流過的電流遠遠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。因為變頻器功率越大，需要電解電容的容量就越大，而電容器的容量越大，所需要充電的時間就越長。RC決定充電時間，要想充電時間盡量短，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。

2．儲能電容  儲能電容容量的選擇：一般選擇經驗值為≥60μF／A。例如，一臺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2200μF(二并二串)或者2個4700μF的電容(二串聯(lián))。當然還要考慮所選電容器的品牌，品牌不同，質量相差會很大。

有的人維修變頻器只對損壞的逆變模塊一換了之，往往用不了多長時間模塊再次損壞。出現(xiàn)這種情況會抱怨模塊質量不佳，用戶使用環(huán)境太差等等。其實，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，除了負載長時間過載、散熱不良和雷電沖擊之外，究其內部原因，電容器的容量減小、失容和失效，是導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)為帶負載能力差，負載加重時往往引起直流回路欠壓眺閘故障，電容進一步損壞時，則形成對逆變模塊的致命打擊，此時，電壓檢測電路來不及做出反應，報出故障，造成逆變模塊損壞。

電容不良或失效以后(或容量變小)，帶小功率負載(大馬拉小車)運行時表面上看不出什么異常，但接入較大功率負載后(滿載運行)情形就不一樣了。此時變頻器直流回路已完全(或者部分)喪失儲能濾波能力。直流回路是頻率為300Hz的脈動直流，電機啟動時的電流吸入，加大了脈動電流的脈動成分。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，如果電機繞組的反電勢或變頻器的某一輸出載波，恰好落在脈動直流的變化范圍之內，二者相互疊加，整個系統(tǒng)內脈動電流的急劇變化，恰好落到某一頻率點上，電路中的分布電感和分布電容不時的加入進來，各方面的不利因素的加入和互為作用，使回路中的動態(tài)能量急劇上升，瞬間危險的諧振過電壓在此時出現(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有一定的甚至是較大的富裕量，但在此時高于耐壓值數(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檢測電路，但如果經常要面對此類瞬間電壓畸變，顯得無能無力，或有時根本無法做出適時的反應。

但儲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，也可以運行，但在運行中是一大隱患。尤其是大功率變頻器中的電容，如果環(huán)境惡劣運行年久，其引出電極常年累月經受數(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。再次強調：儲能電容失容后極易出現(xiàn)諧振過電壓導致模塊炸裂。

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