關(guān)于變頻器過壓故障原因及排除的探討

陳士亮

摘 要：文章分析了變頻器發(fā)生過壓保護故障的各種原因，以及對變頻器發(fā)生過壓保護故障后如何進行故障定位，并同時找出解決過壓保護故障的方法。

關(guān)鍵詞：變頻器；過壓保護故障；電機

變頻器過壓保護故障是中間直流回路電壓由于某種原因超過了額定值，致使變頻器過壓保護動作，屬于常見的故障。當發(fā)生過壓故障時，保護電路啟動，變頻器停止運行，同時在面板上顯示故障代碼。變頻器一旦停止運行，即影響工廠正常生產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失，那么如何對故障進行快速檢修處理，以降低損失呢？以下對變頻器過壓保護的原因進行分析以及提出過壓保護處理的方法。

1 過壓保護故障原因分析

變頻器過壓保護是指中間直流電壓峰值超過過壓檢測值（一般為DC800V），變頻器面板顯示OU，表示過壓保護故障。中間直流電壓過高會導致電機磁路飽和，勵磁電流過大，電機發(fā)熱，溫度過高；同時中間直流電壓升高后，變頻器輸出電壓脈沖幅度過大，對電機絕緣造成損害，降低電機壽命，所以過壓保護是變頻器使用過程中必不可少的一環(huán)。

變頻器中間直流回路過壓，絕大部分都是由負載端引起的，只有極少數(shù)情況是由雷擊以及補償電容在電閘閉合或斷開時形成的瞬間沖擊電壓所引起的。

通用變頻器的主電路由三相橋式整流模塊、中間直流回路部分以及逆變器模塊三部分組成。

負載端引起的過壓是指電機因為某些原因處于再生發(fā)電狀態(tài)，即電機實際轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，負載傳動系統(tǒng)中儲存的動能則被“再生”成電能，經(jīng)過逆變器的6個續(xù)流二極管D1～D6反饋至中間直流回路，對濾波電容C充電，由于整流橋中的電流不可能反向流通，因此當電機在再生發(fā)電狀態(tài)下運行時，就會令到中間直流回路電壓不斷升高，當升高到過壓檢測值時，就會出現(xiàn)過壓保護故障。

1.1 變頻器減速時間設(shè)定較小及未使用減速過壓自處理功能

當電機拖動大慣性負載，減速時間設(shè)定較小時，在減速過程中，變頻器輸出減速較快，電機減速較慢，電機轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出轉(zhuǎn)速，電機處于再生發(fā)電狀態(tài)，致使中間直流回路電壓升高而過壓。變頻器本身具有減速過壓自處理功能，出現(xiàn)減速過壓時，變頻器輸出轉(zhuǎn)速將不再下降，減速過程變慢，電機轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，慢慢接近變頻器輸出轉(zhuǎn)速，發(fā)電狀態(tài)消失，中間直流回路電壓下降，變頻器再繼續(xù)減速。如果減速時間設(shè)定不合理，又沒開啟減速過壓自處理功能，則可能會出現(xiàn)過壓保護故障。

1.2 電機位能負載下降時，電機處于再生發(fā)電制動狀態(tài)

當位能負載下降過快時，將會產(chǎn)生較大的回饋能量，一旦回饋能量超過了變頻器能量處理單元的處理力度，也會產(chǎn)生過壓保護故障。

1.3 電機負載突降

當電機負載發(fā)生突降時，電機轉(zhuǎn)速快速上升，進入再生發(fā)電狀態(tài)，短時間內(nèi)產(chǎn)生較大的回饋能量，引發(fā)過壓保護故障。

1.4 多個電機拖動同一個負載時，負荷分配不均

以兩臺電機拖動一個負載為例，當負荷分配不平均時，兩臺電機的轉(zhuǎn)速必然不一樣，轉(zhuǎn)速較快的相當于原動機，轉(zhuǎn)速較慢的則進入再生發(fā)電狀態(tài)，引起過壓保護，處理時需合理地對負荷進行分配控制。

1.5 變頻器中間直流回路電容的容量下降

變頻器隨著運行時間不斷增加，直流回路濾波電容容量亦將緩慢下降，對直流電壓的調(diào)節(jié)程度逐步減弱，在參數(shù)不變時，發(fā)生過壓保護幾率就會增大。

2 變頻器過壓保護故障處理方法

變頻器顯示過壓保護一般分成是經(jīng)常發(fā)生還是偶然發(fā)生兩大類型。經(jīng)常發(fā)生過壓故障的，可能是減速時間設(shè)定較小造成的，工藝流程設(shè)計不合理；對于偶然發(fā)生過壓故障的，則應考慮電機堵轉(zhuǎn)、突然甩負載，外部控制信號線斷線，保護電路損壞等。重啟變頻器后故障消失的，基本屬于系統(tǒng)軟故障，而重啟后故障代碼依舊的，則是變頻器本身硬件電路出問題。在檢修時要根據(jù)故障現(xiàn)象來快速定位故障原因，從而快速有效地處理，以下是主要的處理方法。

2.1 從變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)定想辦法

在參數(shù)設(shè)定中，主要是兩方面，一是減速時間調(diào)整修改，二是開啟過壓自處理功能。假如工藝流程設(shè)計中沒有限定負載減速時間，可以適當延長減速時間，使負載動能緩慢釋放，時間要線性修改，不宜大跨度更改，以不引起中間直流回路過壓為限。

2.2 分析工藝流程，為負載突變尋找解決辦法

這種方法一般適用于負載突變，電機進入再生發(fā)電狀態(tài)，引起過壓保護故障。對于這種情況，可以仔細分析工藝流程，找出可能導致負載突變的流程，再進行流程調(diào)整，減少負載突變發(fā)生的可能。如果流程調(diào)整也無法避免負載突變的發(fā)生，而負載突變又有規(guī)律可循，則可以通過控制系統(tǒng)，在負載突變前，將變頻器的輸出頻率做出相應調(diào)整，減少負載端過多的再生能量回饋到中間直流回路，從而解決過壓問題。

2.3 采用增加制動電阻的方法

小于7.5kW的變頻器，中間直流回路一般都設(shè)計有控制單元和制動電阻。如圖1所示，在濾波電容C兩端并接制動電阻Rb和晶體管T，當中間直流回路的電壓升高到超過限定值時，就會令到晶體管T導通，電路接入制動電阻Rb，將回路中的再生能量在制動電阻上轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡簟４笥?.5kW的變頻器則需根據(jù)變頻器實際工作情況外加控制單元和制動電阻，可以將多余的再生能量釋放掉。

2.4 中間直流回路增加電容

中間直流回路里的電容對回路電壓穩(wěn)定起到很關(guān)鍵的作用，可以提高回路承受能力。適當增大容量或者對因為長時間運行造成容量下降的電容進行更換是解決過壓保護故障的有效方法。

2.5 并聯(lián)直流母線吸收

這種方法適用于多電機傳動系統(tǒng)，每臺電機均需要一臺逆變器，所有逆變器并接在一條公共直流母線上。系統(tǒng)中往往會有一臺或數(shù)臺電機在正常工作時處于制動狀態(tài)，產(chǎn)生的再生能量會通過并聯(lián)的直流母線，被其他處于電動狀態(tài)的電機所吸收。不能完全吸收時，再通過制動電阻消耗。

變頻器中間直流回路過壓保護故障是變頻器的一個硬件弱點，在排除此故障時，關(guān)鍵要根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合變頻器參數(shù)設(shè)定、控制系統(tǒng)運行情況以及工藝流程，找出問題所在，然后制定解決辦法。

3 維修實例

實例1：西門子 MM440 11kW

故障現(xiàn)象：面板顯示F0002（過電壓）故障

故障分析與判斷：變頻器接入電源，面板顯示F0002過壓保護故障。首先排除參數(shù)設(shè)定問題，在面板查看P2172設(shè)定值，默認為800V，沒有誤改動，再查看直流母線電壓R0026的值為536V，沒有超出跳閘電壓。問題應該出在電壓取樣電路上，檢查取樣電路中電阻和電容沒有出現(xiàn)開路、短路現(xiàn)象，外觀也正常，變值可能性很低，再檢查取樣放大電路集成運放TL082輸出端，發(fā)現(xiàn)始終輸出高電平，判斷已經(jīng)損壞。

故障處理：更換集成電路TL082，過壓保護故障排除。

故障原因：檢測保護電路的電壓取樣電路是將直流母線電壓取樣信號按一定比例進行放大的，核心器件是TL082，由于TL082損壞且一直輸出高電平，這個高電平就是中間直流回路電壓出現(xiàn)過壓的信號，所以當CPU接收到過壓信號后，就在面板顯示F0002過壓保護故障。

實例2：佳靈 JP6C-T9 15KW

故障現(xiàn)象：變頻器接入電源，面板顯示OUD（過電壓）故障。

故障分析與判斷：變頻器通電面板顯示OUD過壓保護故障。先檢查輸入電源正常，由于該變頻器過壓保護值出廠設(shè)置為800V，且不能通過參數(shù)設(shè)定更改，測量直流母線電壓也正常，所以電源部分沒有問題，那么問題就出在電壓取樣電路上，通過目測，發(fā)現(xiàn)有個分壓電阻顏色微微發(fā)黃，應該是電阻發(fā)熱，溫度過高導致的，焊下電阻再測量阻值，發(fā)現(xiàn)比標稱值小很多。更換上相同數(shù)值電阻后再接通電源，過壓保護故障排除。

故障處理：更換分壓電阻，變頻器恢復正常工作。

故障原因：該變頻器電壓取樣電路中的一個分壓電阻長時間運行后發(fā)熱損壞，阻值變小。分壓電阻阻值變小，會令到分壓比例值變小，造成取樣電壓上升，超出設(shè)定值，經(jīng)放大電路放大后，送到CPU，導致CPU誤報過壓保護故障。

4 結(jié)束語

在維修變頻器經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對造成變頻器過壓保護故障原因進行了分析與探討，提出變頻器出現(xiàn)過壓保護故障處理方法。由于變頻器在運行過程中可能會出現(xiàn)各種各樣不同的過壓保護故障現(xiàn)象，那么在進行故障排除時，要根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合變頻器參數(shù)設(shè)定、控制系統(tǒng)運行情況以及工藝流程，對故障進行徹底分析，找出問題所在，然后找出相應的解決辦法，以便快速而準確地處理過壓保護故障問題，提高維修效率，降低工廠的經(jīng)濟損失。

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