變頻器過壓、欠壓、過熱、過流等故障原因和處理方法概述

現(xiàn)代社會，各行業(yè)都提倡節(jié)能，因變頻器和交流電機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具有的優(yōu)良的調(diào)速性能，可以大大降低能源的消耗。因此，變頻器的安全運(yùn)行就成為了很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，掌握一些變頻器故障產(chǎn)生原因以及排除故障方面的知識，能夠第一時間察覺到變頻器的運(yùn)行狀況，是非常必要的。

1 引言

因變頻器和交流電機(jī)組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具有的優(yōu)良的調(diào)速性能，在其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展的同時，也會使我們在工作中遇到各種原因造成的故障，導(dǎo)致生產(chǎn)停工，直接造成單位損失，因此，我們要不斷地通過積累經(jīng)驗來提高處理變頻器故障的能力，提高設(shè)備利用率，從而提高生產(chǎn)效率[1-2]。本文就我在公司2800mm熱軋生產(chǎn)線設(shè)備調(diào)試及運(yùn)行一年過程中遇到和學(xué)習(xí)到的幾種常見變頻器過壓 欠壓 過熱 過流故障進(jìn)行簡單歸納與分析。

2變頻器過電壓（OU）故障原因分析及對策

2.1 過電壓的危害

變頻器過電壓主要是指其中間直流回路過電壓，中間直流回路過電壓主要危害在于：

(1) 引起電動機(jī)磁路飽和。對于電動機(jī)來說，電壓主過高必然使電機(jī)鐵芯磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵磁電流過大，從面引起電機(jī)溫升過高；

(2) 損害電動機(jī)絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過大，對電機(jī)絕緣壽命有很大的影響；

(3) 對中間直流回路濾波電容器壽命有直接影響，嚴(yán)重時會引起電容器爆裂。因而變頻器廠家一般將中間直流回路過電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護(hù)[3]。

2.2 過電壓的原因

一般能引起中間直流回路過電壓的原因主要來自以下兩個方面：

(1) 來自電源輸入側(cè)的過電壓

正常情況下的電源電壓為380V，允許誤差為-5%～+10%，經(jīng)三相橋式全波整流后中間直流的峰值為591V，一般電源電壓不會使變頻器因過電壓跳閘。電源輸入側(cè)的過電壓主要是指電源側(cè)的沖擊過電壓，如雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時形成的過電壓等，主要特點(diǎn)是電壓變化率dv/dt和幅值都很大。

(2) 制動或減速時間過短或制動電阻損壞。

當(dāng)變頻器拖動大慣性負(fù)載時，其減速時間設(shè)定的比較小，在減速過程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負(fù)載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負(fù)載拖動電動機(jī)的轉(zhuǎn)速比變頻器輸出的頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速還要高，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，從負(fù)載側(cè)向變頻器中間直流回路回饋能量，短時間內(nèi)能量的集中回饋，可能會中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過電壓故障。若變頻器沒有能量處理單元或其作用有限，因而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護(hù)值，就會出現(xiàn)過電壓跳閘故障。

實例：我廠在現(xiàn)場調(diào)試過程中有一組輥道電機(jī)的變頻器出現(xiàn)速度反饋值大于速度設(shè)定值，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)：

a) 在軋鋼過程中不存在這種情況，當(dāng)鋼離開輥道后，才出現(xiàn)這種情況；

b) 當(dāng)速度反饋值大于速度設(shè)定值時，直流回路電壓為額定電壓的125%，超過115%的極限設(shè)定值；

c) 變頻器的進(jìn)線電壓已超過上限；

在軋鋼過程中，該變頻器控制的輥道電機(jī)將升速，當(dāng)鋼離開輥道后輥道電機(jī)速度降至原來的速度，若這臺變頻器未裝設(shè)制動裝置，因進(jìn)線電壓過高，直流回路電壓超過了設(shè)定的極限值，變頻器報過壓故障。

2.3 過電壓的處理對策

(1) 在電源輸入側(cè)增加吸收裝置，減少過電壓因素

對于電源輸入側(cè)有沖擊過電壓、雷電引起的過電壓、補(bǔ)償電容在合閘或斷開時形成的過電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法加以解決。關(guān)于這一點(diǎn)，我廠設(shè)備在設(shè)計時就考慮到在輸入側(cè)裝有進(jìn)線電抗器，增強(qiáng)變頻器抗電壓變化的能力。

(2) 在輸入側(cè)增加逆變電路的方法

處理變頻器中間直流回路能量最好的方法就是在輸入側(cè)增加逆變電路，可以將多余的能量回饋給電網(wǎng)。關(guān)于這一點(diǎn)，我廠在設(shè)備設(shè)備選型時就考慮帶有回饋裝置。

(3) 從變頻器已設(shè)定的參數(shù)中尋找解決辦法

在滿足控制要求的條件下，適當(dāng)增加或延長制動時間或減速時間（尤其針對大慣性負(fù)載的停機(jī)需考慮）。

在工藝流程中如不限定負(fù)載減速時間時，變頻器減速時間參數(shù)的設(shè)定不要太短，而使得負(fù)載動能釋放的太快，該參數(shù)的設(shè)定要以不引起中間回路過電壓為限，特別要注意負(fù)載慣性較大時該參數(shù)的設(shè)定。如果工藝流程對負(fù)載減速時間有限制，而在限定時間內(nèi)變頻器出現(xiàn)過電壓跳閘現(xiàn)象，就要設(shè)定變頻器失速自整定功能。

3變頻器欠電壓(Uu)故障原因分析及對策

3.1 電源缺相

原因：當(dāng)變頻器電源缺相后，三相整流變成二相整流，在帶上負(fù)載后，致使整流后的DC電壓偏低，造成欠壓故障[4]。

對策：檢查變頻器電源的空開或接觸器觸點(diǎn)是否接觸良好，觸點(diǎn)電阻是否太大，輸入電壓是否正常等。

3.2 同時工作或同時起動的變頻器過多

原因：當(dāng)多臺變頻器同時起動或工作時，會造成電網(wǎng)電壓出現(xiàn)短暫的下降，當(dāng)電壓下降持續(xù)時間超過變頻器允許的時間（一般變頻器都有一個允許壓降的最短時間）時，就會造成變頻器的欠壓故障[5]。

對策：盡量減少同時起動或工作的變頻器的臺數(shù)，變頻器輸入側(cè)加裝AC電抗器，實在不行就增加供電變壓器的容量。

4變頻器過熱(OH)故障原因分析及對策

4.1周圍環(huán)境溫度過高

原因：變頻器內(nèi)部是由無數(shù)個電子器件構(gòu)成的，其工作時會產(chǎn)生大量的熱量，尤其是IGBT工作在高頻狀態(tài)下，產(chǎn)生的熱量會更多。如果環(huán)境溫度過高，也會導(dǎo)致變頻器內(nèi)部元器件溫度過高，為保護(hù)變頻器內(nèi)部電路，此時變頻器會報溫度高故障并停機(jī)。

對策：降低變頻器所在場所的溫度，如可以加裝空調(diào)或風(fēng)扇等強(qiáng)制制冷措施。

4.2 變頻器通風(fēng)不良

原因：如變頻器本身的風(fēng)道堵塞或控制柜的風(fēng)道被阻塞時，會影響變頻器內(nèi)部的散熱，導(dǎo)致變頻器過熱報警。

對策：定期檢修變頻器，清除其風(fēng)道的垃圾，順暢風(fēng)道。

4.3 風(fēng)扇卡阻或損壞

原因：變頻器風(fēng)扇壞時，大量的熱量積聚在變頻器內(nèi)部散不出去。

對策：更換風(fēng)扇。

4.4 負(fù)載過重

原因：當(dāng)變頻器所帶負(fù)載過重（小馬拉大車）時，會產(chǎn)生過大的電流，產(chǎn)生大量的熱量，有時變頻器也會過熱報警。

對策：減小負(fù)載或增加變頻器的容量（一般設(shè)備選型時都會考慮變頻器容量為負(fù)載功率的1.8倍）。

5變頻器過流(OC)故障原因分析及對策

5.1變頻器過電流的現(xiàn)象

(1) 重新啟動時，一升速就跳閘，這是過電流十分嚴(yán)重的現(xiàn)象。主要原因有：負(fù)載短路，機(jī)械部位有卡??；逆變模塊損壞；電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩過小等現(xiàn)象引起。

(2) 上電就跳，這種現(xiàn)象一般不能復(fù)位，主要原因有：模塊壞、驅(qū)動電路壞、電流檢測電路壞。

(3) 重新啟動時并不立即跳閘而是在加速時，主要原因有:加速時間設(shè)置太短、電流上限設(shè)置太小、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(V/F)設(shè)定較高。

5.2變頻器過電流的原因及處理對策

(1) 變頻器輸出短路

原因：常常是由于負(fù)載短路而引起的，最常見的就是電機(jī)短路（電機(jī)振動引起接線松動短接而造成短路）。

對策：我們在平時生產(chǎn)期間，現(xiàn)場都設(shè)有機(jī)械、電氣巡檢人員，定期檢修期間，對各機(jī)械、電氣設(shè)備進(jìn)行清掃和緊固螺絲。

(2) 機(jī)械部位有卡住或軋鋼現(xiàn)場時常會出現(xiàn)“卡鋼”現(xiàn)象。此時負(fù)載突然增大時，電流也會隨之增大，當(dāng)電流超過變頻器設(shè)定的過電流值時，為保護(hù)變頻器內(nèi)部器件，會報“過電流”故障跳閘。

常見原因：傳動裝置損壞；工藝設(shè)定不合理板坯過寬，板型不好。

對策：經(jīng)常巡檢機(jī)械裝置，改善工藝，提高操作工操作水平。

(3) 傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)械慣性過大，電機(jī)的容量相對偏小

原因：當(dāng)傳動機(jī)械慣性大時，電機(jī)容量又偏小，會（尤其在剛開始啟動時）出現(xiàn)“小馬拉大車”的現(xiàn)象，造成電機(jī)電流偏大，導(dǎo)致變頻器過流跳閘。

對策：對于大慣性負(fù)載，在保證電機(jī)和負(fù)載匹配的前提下，可適當(dāng)提高變頻器低速啟動時的電壓提升，延長變頻器的加速時間等方法來防止變頻器過流故障的發(fā)生。

(4) 變頻器啟動加速時間設(shè)定太短；V/F特性電壓提升設(shè)定太大。

原因：變頻器啟動加速時間設(shè)定太短變頻器輸出頻率的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化（失速）；V/F電壓提升太大，變頻器輸出頻率已經(jīng)比較高了，而電機(jī)轉(zhuǎn)速還比較低（即電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化滯后于變頻器頻率的變化），也會造成失速故障。這種“失速”就會導(dǎo)致變頻器過流故障。 對策：延長變頻器的加速時間設(shè)定；另外，低速電壓提升要也要在實際中反復(fù)實驗，不要設(shè)置太大，否則會導(dǎo)致變頻器一起動就發(fā)生過流故障。

在變頻器的常見故障中，由其外圍電路引起的故障所占比例較大，在日常維護(hù)時，應(yīng)注意檢查電網(wǎng)電壓，改善變頻器、電機(jī)及線路的周邊環(huán)境，定期清除變頻器內(nèi)部灰塵，通過加強(qiáng)設(shè)備管理最大限度地降低變頻器的故障率。