Einleitung Die Frequenzumrichtertechnologie ist ein wichtiger Entwicklungszweig moderner elektrischer Antriebstechnik. Mit der Weiterentwicklung der Leistungselektronik hat sich die Wechselstrom-Frequenzumrichtertechnologie von der Theorie zur Praxis entwickelt. Frequenzumrichter (FU) bieten nicht nur eine stufenlose Drehzahlregelung, einen großen Drehzahlbereich, hohe Effizienz, niedrigen Anlaufstrom und stabilen Betrieb, sondern auch erhebliche Energieeinsparungen. Daher haben Wechselstrom-FU traditionelle Drehzahlregelungssysteme wie Schleifring-, Polumschalt- und Gleichstrom-Drehzahlregelung zunehmend ersetzt und finden immer breitere Anwendung in der Metallurgie, Textilindustrie, Druckerei und Färberei, Tabakproduktion, im Hochbau, in der Wasserversorgung und anderen Bereichen. Aufgrund von Umwelteinflüssen, der begrenzten Lebensdauer und der Bedienung durch den Menschen ist die Lebensdauer von FU jedoch stark reduziert, und es können verschiedene Störungen auftreten. Im Folgenden werden der Aufbau, häufige Störungen und Gegenmaßnahmen von FU erläutert. FU lassen sich im Allgemeinen in mehrere Hauptkomponenten unterteilen, darunter Gleichrichter-, Glättungs-, Steuer- und Wechselrichterschaltungen. 2. Gleichrichterschaltung. Die Funktion der Gleichrichterschaltung besteht darin, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Gleichrichterschaltungen sind in der Regel separate Gleichrichtermodule, viele Module kombinieren jedoch Gleichrichter- und Wechselrichterschaltungen, wie beispielsweise die Fuji 7MBI-Serie. Ein Ausfall des Gleichrichtermoduls ist eine häufige Fehlerursache bei Wechselrichtern. Im Ruhezustand kann das Gleichrichtermodul durch Messung seines Widerstands in Durchlass- und Sperrrichtung mit einem Multimeter überprüft werden. Alternativ kann auch ein Voltmeter verwendet werden. Einige Wechselrichtermarken, wie beispielsweise die Hochleistungswechselrichter von Danfoss und Delta, verwenden Thyristoren in der oberen Hälfte der Gleichrichterschaltung und Dioden in der unteren Hälfte. Eine einfache Methode zur Bestimmung der Thyristorqualität besteht darin, eine Gleichspannung (ca. 10 V) an seinen Steueranschluss anzulegen und zu prüfen, ob er in Durchlassrichtung leitet. Dies gibt in der Regel Aufschluss über den Zustand des Thyristors. Das Gleichrichtermodul in Fuji-Wechselrichtern der G9S-Serie (P9S) unter 11 kW zeichnet sich durch fünf integrierte Funktionen aus: Gleichrichtung, Vorladethyristor, Bremstransistor, Leistungsschaltertransistor und Thermistor. Die Pinbelegung und Funktionen des Gleichrichtermoduls CVM40CD120 sind beispielsweise wie folgt: Gleichrichter: R, S, T, A (+) N- (-); Ladethyristor: A1, P1, G+n (Trigger); Bremsdiode: DB, N-, G7 (Trigger); DB1 B+ ist die Freilaufdiode; Leistungsschalter: D8, S8, G8; Thermistor: Th1, Th2. Bei G9S-Wechselrichtern (P9S) mit 15 kW bis 22 kW ist das Gleichrichtermodul VM100BB160. Es dient neben der Gleichrichtung auch der Vorladung des Thyristors. Gleichrichtermodule mit einer Leistung über 30 kW verfügen über eine reine Gleichrichtungsfunktion. Gleichrichtermodule mit einer Leistung über 75 kW bestehen aus mehreren parallelgeschalteten Gleichrichtermodulen. 3. Glättungsschaltung: Die Glättungsschaltung gleicht die Spannungsschwankungen im Gleichrichter und der resultierenden Gleichspannung aus, die eine mit der sechsfachen Netzfrequenz pulsierende Spannung enthält. Zusätzlich verursacht der vom Wechselrichter erzeugte pulsierende Strom ebenfalls Gleichspannungsschwankungen. Um diese Schwankungen zu unterdrücken, werden Induktivitäten und Kondensatoren zur Absorption der pulsierenden Spannung (des pulsierenden Stroms) eingesetzt. Im Allgemeinen verfügt der Gleichstromteil eines Allzweck-Wechselrichternetzteils über eine ausreichende Kapazität für den Hauptstromkreis, sodass auf Induktivitäten verzichtet und stattdessen eine einfache Kondensatorfilter-Glättungsschaltung verwendet wird. Die Prüfung der Kapazität und Spannungsfestigkeit des Filterkondensators sowie die Beobachtung, ob das Sicherheitsventil des Kondensators geplatzt ist oder Leckströme auftreten, helfen bei der Bestimmung seiner Qualität. 4. Steuerschaltung: Moderne Frequenzumrichter (FU) verwenden primär 16-Bit- oder 32-Bit-Mikrocontroller oder DSPs als Steuerkern und ermöglichen so eine volldigitale Steuerung. Ein FU ist ein Drehzahlregler mit einstellbarer Ausgangsspannung und -frequenz. Die Schaltung, die das Steuersignal liefert, wird als Hauptsteuerschaltung bezeichnet. Sie besteht aus folgenden Schaltungen: einer Frequenz- und Spannungsberechnungsschaltung, einer Spannungs- und Stromerfassungsschaltung für die Hauptschaltung und einer Drehzahlerfassungsschaltung für den Motor. Das Steuersignal der Betriebsschaltung wird an die Ansteuerschaltung und die Schutzschaltung des Wechselrichters und des Motors gesendet. Die Wartung des Wechselrichters ist im praktischen Einsatz jedoch recht komplex. Im Folgenden werden einige Lösungen für die Ursachen von Fehleralarmen in der Wechselrichter-Steuerschaltung vorgestellt. Bei gängigen Wechselrichtern hängt die Erfüllung der Anforderungen des Übertragungssystems von den Wechselrichterparametereinstellungen ab. Falsche Einstellungen führen zu Alarmen und Fehlfunktionen des Wechselrichters. 4.1 Parametereinstellungen: Beim Verlassen des Werks sind die einzelnen Parameter des Wechselrichters voreingestellt. Diese Parameter werden als Werkswerte (Standardwerte) bezeichnet. Im Allgemeinen erfüllen die Standardwerte nicht die Anforderungen der meisten Übertragungssysteme. Daher muss der Benutzer vor der korrekten Inbetriebnahme des Wechselrichters die Wechselrichterparameter wie folgt einstellen: (1) Motorparametereinstellungen überprüfen: Motorleistung, Strom, Spannung, Drehzahl und maximale Frequenz. Diese Parameter können direkt vom Typenschild des Motors abgelesen werden. (2) Die vom Umrichter verwendete Regelungsmethode, z. B. Drehzahlregelung, Umkehrregelung, PID-Regler oder andere Verfahren. Nach Auswahl der Regelungsmethode ist in der Regel eine statische oder dynamische Identifizierung entsprechend den Anforderungen an die Regelungsgenauigkeit erforderlich. (3) Einstellen der Startart des Frequenzumrichters. Im Werk ist der Frequenzumrichter üblicherweise so eingestellt, dass er vom Bedienfeld aus startet. Der Benutzer kann die Startart je nach Bedarf wählen. Es stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, z. B. Bedienfeld, externer Anschluss und Kommunikation. (4) Auswahl des Eingangssignals. Die Frequenz des Frequenzumrichters kann in der Regel auf verschiedene Arten angesteuert werden: über das Bedienfeld, extern, über externe Spannung oder Strom oder über die Kommunikation. Selbstverständlich kann der Frequenzumrichter auch über eine oder mehrere dieser Methoden angesteuert werden. Nach korrekter Einstellung der oben genannten Parameter arbeitet der Frequenzumrichter grundsätzlich normal. Um eine bessere Regelungswirkung zu erzielen, können die relevanten Parameter je nach Bedarf angepasst werden. Bei Problemen mit der Parametereinstellung können die Parameter gemäß der Bedienungsanleitung korrigiert werden. Wenn dies nicht funktioniert, können Sie die Daten initialisieren und die Standardwerte wiederherstellen. Setzen Sie das Gerät anschließend gemäß den oben beschriebenen Schritten zurück. Die Methode zum Zurücksetzen der Parameter auf die Werkseinstellungen ist je nach Frequenzumrichtermarke unterschiedlich. 4.2 Fehler „OC“ – Überstromalarm: Dies ist der häufigste Fehler bei Frequenzumrichtern. Schließen Sie zunächst Fehler aus, die durch Parameterprobleme verursacht werden, wie z. B. eine zu kurze Beschleunigungszeit oder eine Überstromursache. Anschließend muss geprüft werden, ob die Stromerkennungsschaltung defekt ist. Am Beispiel des FVR-075G7S-4EX: Manchmal wird im Bedienfeld ein Strom angezeigt, obwohl der FVR-075G7S-4EX ohne angeschlossenen Motor läuft. Woher kommt dieser Strom? Prüfen Sie in diesem Fall, ob die drei Hall-Sensoren defekt sind. 4.3 Fehler „OV“ – Überspannung: Schließen Sie zunächst Fehler aus, die durch Parameterprobleme verursacht werden, wie z. B. eine zu kurze Verzögerungszeit oder Überspannung durch regenerative Lasten. Prüfen Sie anschließend, ob die Spannungserkennungsschaltung defekt ist. Im Allgemeinen wird die Spannung eines Spannungserkennungsschaltkreises vom Zwischenkreis (ca. 530 V DC) abgetastet, mittels eines hochohmigen Widerstands heruntertransformiert und anschließend durch einen Optokoppler isoliert. Bei Überschreitung eines bestimmten Spannungswerts wird eine Überspannungsanzeige „5“ angezeigt (dieses Gerät verwendet eine digitale Röhrenanzeige). Prüfen Sie, ob der Widerstand oxidiert ist und sich sein Wert verändert hat und ob der Optokoppler einen Kurzschluss aufweist. 4.4 Unterspannungsfehler „UV“: Prüfen Sie zunächst, ob die Eingangsspannung zu niedrig ist oder eine Phase fehlt. Prüfen Sie anschließend den Spannungserkennungsschaltkreis, ob die Spannung korrekt anliegt. 4.5 Überhitzungsfehler „OH“: Die Temperatur des Wechselrichters ist zu hoch. Prüfen Sie die Belüftung des Wechselrichters und den ordnungsgemäßen Betrieb des Axiallüfters. Einige Wechselrichter verfügen über eine Motortemperaturüberwachung; prüfen Sie die Wärmeabfuhr des Motors und anschließend die Funktion der Komponenten im Überwachungsschaltkreis. 4.6 Kurzschlussfehler „SC“: Prüfen Sie die internen Komponenten des Wechselrichters auf Kurzschlüsse. Am Beispiel des Yaskawa 616G545P5 sollten Sie das Modul, die Treiberschaltung und den Optokoppler auf Fehler überprüfen. In der Regel liegt das Problem am Modul und der Treiberschaltung; durch Austausch des Moduls und Reparatur der Treiberschaltung lässt sich der „SC“-Fehler beheben. 4.7 „FU“-Fehler (Flinke Sicherung): Die meisten modernen Wechselrichter, insbesondere Hochleistungswechselrichter, verfügen über eine Fehlererkennung für flinke Sicherungen. Am Beispiel des Wechselrichters LG SV030IH-4 wird die Spannung vor und nach der flinken Sicherung gemessen und analysiert. Bei einem Ausfall der Sicherung tritt zwangsläufig ein Spannungsabfall an einem Ende der Sicherung auf. In diesem Fall löst der Trennoptokoppler aus und es wird ein FU-Alarm ausgelöst. Der Austausch der flinken Sicherung sollte das Problem beheben. Wichtig: Vor dem Austausch der Sicherung muss unbedingt geprüft werden, ob ein Problem mit dem Hauptstromkreis vorliegt. 5. Wechselrichterschaltung: Die Wechselrichterschaltung ist das Gegenstück zur Gleichrichterschaltung. Der Wechselrichter wandelt Gleichspannung in Wechselspannung der gewünschten Frequenz um, indem er die Leistungsschalter der oberen und unteren Brücken zu vordefinierten Zeitpunkten ein- und ausschaltet. Dadurch entstehen am Ausgang dreiphasige Wechselspannungen mit einer elektrischen Phasenverschiebung von 120° zwischen den Phasen U, V und W. Der Wechselrichterkreis verwendet typischerweise ein IGBT-Wechselrichtermodul (frühere Frequenzumrichter nutzten Leistungsmodule wie GTR). Ein Ausfall des IGBT-Moduls ist eine häufige Fehlfunktion bei Frequenzumrichtern. Für IGBT-Module beschreiben wir die einfachste Messmethode (die professionelle Methode ist eine andere): Verwenden Sie ein Zeigermultimeter im 10-kΩ-Widerstandsmessbereich, um Gw und Ew zu triggern (schwarze Messspitze an Gw, rote Messspitze an Ew). P bis W leitet dann. Bei einem Kurzschluss von Gw und Ew ist P bis W gesperrt. Dasselbe gilt für die anderen Transistoranschlüsse. Die Spannungsfestigkeit kann mit einem Transistorparametertester gemessen werden, wobei die GE-Anschlüsse kurzgeschlossen werden müssen, um die CE-Spannungsfestigkeit zu messen. In den meisten Fällen beschädigt ein Ausfall des IGBT-Moduls auch die Treiberkomponenten. Die am leichtesten zu beschädigenden Bauteile sind Zenerdioden und Optokoppler. Umgekehrt können Probleme mit Komponenten der Ansteuerschaltung, wie z. B. Kondensatorleckagen, Durchschläge oder Alterung der Optokoppler, ebenfalls zum Durchbrennen des IGBT-Moduls oder zu einer unsymmetrischen Ausgangsspannung des Wechselrichters führen. Um Probleme in der Ansteuerschaltung zu überprüfen, vergleichen Sie den Widerstand jedes Triggeranschlusses im ausgeschalteten Zustand. Messen Sie nach dem Einschalten die Spannungswellenform an den Triggeranschlüssen. Einige Wechselrichter lassen sich jedoch nicht ohne installiertes Modul starten. Schließen Sie in diesem Fall eine Dummy-Last in Reihe an den P-Anschluss des Moduls an, um während der Überprüfung einen versehentlichen Kontakt mit dem Triggeranschluss oder anderen Schaltungen zu verhindern, der das Modul beschädigen könnte. 6. Fazit: Wechselrichter sind technologisch hochentwickelte Geräte, die Hoch- und Niederspannungsschaltungen kombinieren, was zu einer Vielzahl von Fehlern führt. Nur durch kontinuierliche Auswertung und praktische Anwendung lassen sich schnelle und effektive Methoden zur Behebung von Wechselrichterfehlern entwickeln. Die obigen Ausführungen basieren auf meinen praktischen Erfahrungen. Ich freue mich auf den Austausch mit Ihnen und hoffe, unseren Kunden dadurch einen besseren Service bieten zu können.