项德良
广州市云山环保能源有限公司 510000
摘要： 作为一种高压变频设备，高压变频器及其功率单元体结构复杂，如果一个部件出现故障，将无法正常运行。维修人员掌握高压变频器的工作原理，掌握高压变频器常见故障分析，可以改善提高维修人员的专业技术维护和大修水平，并提供足够的理论支持，以便长期不断地汇总和积累工作经验。
关键词：高压变频器；原理；故障；分析
1 变频器概述
高压变频器一种电力变换装置，利用电力工程中功率半导体元器件的开关通断作用，把工频电源转换成频率可调整的交流电源，并向电动机提供变频电源，完成对电动机速度的改变。目前多数高压变频器采用功率单元串联多重化叠加技术。
2 高压变频器的优点
2.1 节能效果显著
引风机或离心泵常规的调速方法是通过调整进、出口挡板或阀门的开度来控制压力和流量，输入功率大，而且能耗也大。在选用变频调速时，如果压力和流量相对较小，所有正常运行规则都可以通过降低引风机或离心泵的转速比来达到。它是节能环保的一种调节方式，大大减少对进、出口挡板或阀门的破坏，进而实现环保节能。
2.2 延长设备使用寿命
采用变频器开机时，整个开机过程对电机影响不大，起动时绝缘层损耗降低，工作压力和流量更稳定；降低了引风机颤动或离心水泵水锤效应，降低了对机械设备的冲击和损坏，延长了机械设备的使用寿命。
2.3 提高自动化水平
该转换器输出频率可在050 HZ之间任意调整，调整精度高，真正实现了无级变速，便于数字化、机械自动化的完成，提高了生产过程控制水平和产品质量。
2.4 减小对电网的启动冲击
采用变频器启动时，电动机已经软启动，启动电流较小，限制在额定电压范围内，对电网的影响较小，电动机的启动频率不受限制，能满足机械设备经常启动和停止的要求。经调试，谐波电流较小，减少了对电网的污染。
2.5 减少电源的功率储备
当机械和设备启动时，为了保证电源电压不会维持在正常范围内，必须增加开关电源的输出功率储备。采用逆变器原理后，由于启动电流较小，对电源电压危害较小，可大大降低开关电源输出功率。
3 高压变频器工作原理
一般情况下，高压变频器包括以下几个部分：制动系统单元、移相变压器、滤波单元、整流单元、逆变单元、检测单元和其驱动单元。具有过压保护、过流保护、过载保护、堵转保护等多种保护功能。
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图1 高压变频器的主电路图
对于采用不同额定电压的高压变频系统，一般选用每相5~8千瓦的串联方案。从基本原理图上，可以更直观地掌握移相变压器次级绕组与功率单元的连接方式，以及功率单元间的接线方式：每个功率单元分别由移相变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间以及变压器二次绕组之间相互绝缘。功率单元的额定电压为交流690V,高压变频器每相输出交流电压为690 V×5=3450 V。因为三相组合形成星形连接，所以线电压等于1.732×3450 V=6000 V，与高压电机的额定电压相等。
功率单元串联后，得到步进正弦函数的 PWM波形，通过 PWM运算、脉宽调整技术，根据一系列单个脉冲的总宽度，得到期望的波形和幅度。在波形在等效电路中，该波形具有良好的正弦功能，且 du/dt值较低，可减少高压电机绕组绝缘及电机高压电缆绝缘层的损坏。若无输出高压电抗器，则可使输出到高压电机的高压电缆长度缩短。高压电动机不需调整即可使用，适用更新、改造了老机械设备，极大地降低了高压电机谐波电流的消耗，消除了高压电机的机械振动，也降低了高压电机的轴承和传动系统机械设备的机械振动。
4 高压变频器故障分析
高电压变频器一般都有完善的检测功能，可以检测故障内容，报警信息。在高压变频设备出现故障时，所有 IGBT都被锁住，因此电机会立即停止，以便存储和显示故障记录。高压逆变器故障根据现场具体的应用条件可分为以下几种故障类型：
4.1电网波动故障
高压变频器的输出是串联多重化叠加性连接，高压变频器的输入端连接到电网高压电源供电，输出端连接到电动机负载。电网供电故障主要是指电网电源电压急剧异常升高或降低、电网三相电源严重不平衡，电网发生单相接地，发生雷击过电压都可能导致高压变频器的功率单元及其控制系统故障。在运行中，需控制电网电压波动范围及时调整，防止高压变频器发生故障。
4.2负载故障
由于高压电机负载突然变化引起的突然冲击，由于高压电机绕组之间的高压电机电流突然急剧增加或对地短路引起的高压电机绕组故障，高压电机振动急剧增大，，负载波动大，导致高压电缆的绝缘劣化，导致高压变频器的功率单元的IGBT过电压绝缘击穿短路等故障。这种故障处理起来很复杂，耗费抢修时间，需与整个故障经过相结合分析处理。
4.3环境温度问题
由于高压变频器是内部高功率电子元件IGBT，对物理和电气运行环境的要求很高，适宜的环境温度的范围：0℃～40℃。如果物理和电气运行环境不满足这些要求，高压变频器的功率单元及其控制系统由于自然环境温度过高，导致其散热器温度超过报警温度，长期运行会造成高压变频器的功率单元及其控制系统故障。为保证高压变频器长期安全可靠运行，需采取通风降温措施，保证环境温度的范围：0℃～40℃以下。
4.4电气元器件质量问题
高压变频器由控制芯片，集成电路，晶体管，电容器，整流桥，IGBT，控制设备等部分组成。元器件质量的问题可能是由于自然环境湿度大、环境温度高以及现场灰尘大等因素造成的。如果高压变频器中的一个元器件电气元器件提前出现质量问题而引起故障，导致高压变频器故障。需定期更换知名品牌的电气元器件。
4.5参数设置错误
高压逆变器的参数设置非常重要。不正确的参数设置可能导致无法启动和停止，或输出频率不能调整，并可能导致保护拒动作或误动作。如果设置不当，高压变频器会发生故障。高压变频器参数需设置密码，以防误更改重要参数。
结束语
本文分析了高压变频器的工作原理，讨论了高压变频器的优点和故障原因分析及处理。可以大大降低故障率，确保高压变频器安全可靠地运行。
参考文献:
[1]大功率风冷功率单元的设计与研发[J].张英锋，马凯，梁静静，徐帅，王榕，王浩然，王浩，岳耀辉.变频器世界.2018(06)
[2]变频器功率单元输出异常处理方法[J].孙振泉.电世界.2013(07)