高压变频器的工作原理和常见故障分析 贾瑟

高压变频器的工作原理和常见故障分析贾瑟

摘要：随着现代科学技术的迅速发展，大量的发电企业正在使用着高压变频器。高压变频器在使用过程中具有显著的节能效果，但也存在一定的潜在安全隐患，

可能会对发电企业的生产活动造成严重影响。基于此，本文先对高压变频器工作

原理进行具体的分析，然后对高压变频器在运行中常见的故障及原因进深入的探讨，以供相关的工作人员参考，希望能给我国发电企业的发展带来一定的贡献。

关键词：高压变频器；工作原理；常见故障；分析

采用交流变频器调速技术对交流电机进行调速，具有节电效果好、调速方便、保护功能完善、组态灵活、可靠性强等很多优点。由于交流变频调速技术的众多

优越性，在发电领域也得到了非常广泛的应用，对电厂内的风机、水泵等大功率

耗能设备实现高压变频器调速改造，已成为公认的节能方案。随着变频器应用范

围的扩大，检修维护工作中遇到的问题也越来越多。因此，本文对此进行分析。

1高压变频器工作原理

高压变频器一般采用目前国际流行的功率单元串联多电平技术，系统为高-高

结构。高压电直接输入变频器，经过变频器内部功率系统整流、逆变后，变频器

直接高压输出至电机，不需要升压变压器等部件。每个功率单元都是一台三相输入、单相输出的脉宽调制型低压变频器，技术可靠，结构和性能完全一致，极大

的提高了高压变频器的可靠性与维护性；采用叠波技术，最大限度的消除了高压

变频器输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频

器的输出性能，是真正的“无谐波”高压变频器。

变频器一般由以下几个部分组成：制动单元、微处理单元、滤波、整流、逆变、检测单元以及驱动单元等等。它能够按照电动机的具体需求为其提供所需的

电源电压，从而实现调速和节能。此外，大部分变频器都具备多种保护功能，如

过载保护、过电压保护以及过电流保护等。

对于不同电压等级的高压变频系统，一般采用每相5～8个功率单元串联方案。通过主电路图，可以更加直观的了解变压器的副边绕组与功率单元以及各功率单

元之间的电路连接方式：具有相同标号的3组副边绕组，分别向同一功率柜（同

一级）内的三个功率单元供电。第一级内每个功率单元的一个输出端连接在一起

形成星型连接点，另一个输出端则与下一级功率单元的输出端相连，依此方式，

将同一相的所有功率单元串联在一起，便形成了一个星型连接的三相高压电源，

驱动电动机运行。当电网电压为6kV时，变压器的副边输出电压即功率单元的输

入电压为690V，每个功率单元的最高输出电压也为690V，同一相的五个单元串

联后，相电压为690V×5=3450V，由于三相连接成星型，那么线电压便等于

1.732×3450V≈6000V，达到电网电压的水平。功率单元串联后得到的是阶梯正弦

的PWM波形，PWM控制，脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要形状和幅值的波形，这种波形正弦度好，du/dt小，可

减少对电机和电缆的绝缘损坏，无需输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电

动机也不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗也大

大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和传动部分的机械应力。

通过本相上的5（8）个功率单元输出的SPWM波相叠加后，可得到正弦波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，即使在低速下也能保持很好的波形。电机的谐波

损耗大大减小，避免了由于输出谐波电流引起的电机发热，和转矩脉动引起的电

机振动。

2高压变频器在运行中常见的故障及原因

2.1故障直流母线欠电压

直流母线欠电压保护定值设置为额定电压的65%，出现直流母线欠电压故障时，应进行如下工作：（1）电网侧电压偏低或瞬间网侧电压波动太大；（2）高

压开关是否掉闸；（2）整流变压器副边是否短路；（3）接线螺栓是否紧固和断裂；（4）接线螺栓的松动和打火；（5）检查功率模块三相进线是否松动；（6）功率模块三相进线熔断器是否完好；（7）功率单元控制板内压整定值漂移；（8）单元控制板损坏；（9）主控箱光纤板故障或PLC板故障；（10）功率单元输入

侧整流回路故障。

2.2光纤故障

光纤故障是指单元控制板与主控板之间的通讯中断，当出现光纤故障时，应

进行如下工作：（1）检查功率模块控制电源是否正常；（2）检查功率模块以及

控制器的光纤连接头是否脱落；（3）光纤是否折断漏光；（4）光纤是否被灰尘

蒙蔽；（5）相光板故障；（6）主控箱电源板故障；（7）有时变频器断电时会

报出单元光纤通讯故障，属正常现象，直接复位即可。

2.3驱动故障

驱动故障的含义是指IGBT，在出现故障时，电路上的电流增大（达到6-7倍

以上），引起的管压降的增加（10-15V）引起的管压降的增加10到15伏而报出

的故障。当出现驱动故障时，应进行如下工作：（1）检查内部是否有短路放电

痕迹；（2）IGBT是否正常----测量续流二极管；（3）电机是否有问题；（4）输

出电缆是否破损，短路情况；（5）输出螺栓是否过热、虚接打火；（6）更换驱

动板、单元控制板；（7）把输出铜排拆除。用万用表测量输出电压幅值。

2.4不能调整运行频率

无论采用闭环控制或开环控制，都不能达到改变运行频率的目的，这种故障

现象被称为“不能调整运行频率”的故障，运行频率的调整方式有以下几种：（1）本机给定，开环运行；（2）本机给定，闭环运行；（3）模拟给定，开环运行；（4）模拟给定，闭环运行。

3结束语

变频器的整体结构比较复杂，任何一个元器件发生故障会使其不能正常工作，检修维护人员只有掌握变频装置的工作原理，了解其工作要求，熟悉变频器的结

构和各部份的主要作用，在工作中不断总结经验，提高维护及检修水平，才能确

保其能稳定运行，发挥其应有的性能。

参考文献：

[1]蔡应祥.高压变频器的工作原理和常见故障分析[J].云南电力技术，2019（1）：111-113，121.

[2]潘文龙.高压变频器的工作原理和常见故障分析[J].电子乐园，2019（16）：0212.