關(guān)于變頻器過(guò)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(guò)壓保護(hù)故障的各種原因，以及對(duì)變頻器發(fā)生過(guò)壓保護(hù)故障后如何進(jìn)行故障定位，并同時(shí)找出解決過(guò)壓保護(hù)故障的方法。

關(guān)鍵詞：變頻器；過(guò)壓保護(hù)故障；電機(jī)

變頻器過(guò)壓保護(hù)故障是中間直流回路電壓由于某種原因超過(guò)了額定值，致使變頻器過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，屬于常見(jiàn)的故障。當(dāng)發(fā)生過(guò)壓故障時(shí)，保護(hù)電路啟動(dòng)，變頻器停止運(yùn)行，同時(shí)在面板上顯示故障代碼。變頻器一旦停止運(yùn)行，即影響工廠正常生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，那么如何對(duì)故障進(jìn)行快速檢修處理，以降低損失呢？以下對(duì)變頻器過(guò)壓保護(hù)的原因進(jìn)行分析以及提出過(guò)壓保護(hù)處理的方法。

1 過(guò)壓保護(hù)故障原因分析

變頻器過(guò)壓保護(hù)是指中間直流電壓峰值超過(guò)過(guò)壓檢測(cè)值（一般為DC800V），變頻器面板顯示OU，表示過(guò)壓保護(hù)故障。中間直流電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電機(jī)磁路飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，電機(jī)發(fā)熱，溫度過(guò)高；同時(shí)中間直流電壓升高后，變頻器輸出電壓脈沖幅度過(guò)大，對(duì)電機(jī)絕緣造成損害，降低電機(jī)壽命，所以過(guò)壓保護(hù)是變頻器使用過(guò)程中必不可少的一環(huán)。

變頻器中間直流回路過(guò)壓，絕大部分都是由負(fù)載端引起的，只有極少數(shù)情況是由雷擊以及補(bǔ)償電容在電閘閉合或斷開(kāi)時(shí)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(fù)載端引起的過(guò)壓是指電機(jī)因?yàn)槟承┰蛱幱谠偕l(fā)電狀態(tài)，即電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載傳動(dòng)系統(tǒng)中儲(chǔ)存的動(dòng)能則被“再生”成電能，經(jīng)過(guò)逆變器的6個(gè)續(xù)流二極管D1～D6反饋至中間直流回路，對(duì)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(dāng)電機(jī)在再生發(fā)電狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，就會(huì)令到中間直流回路電壓不斷升高，當(dāng)升高到過(guò)壓檢測(cè)值時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)故障。

1.1 變頻器減速時(shí)間設(shè)定較小及未使用減速過(guò)壓自處理功能

當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)大慣性負(fù)載，減速時(shí)間設(shè)定較小時(shí)，在減速過(guò)程中，變頻器輸出減速較快，電機(jī)減速較慢，電機(jī)轉(zhuǎn)速高于變頻器輸出轉(zhuǎn)速，電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，致使中間直流回路電壓升高而過(guò)壓。變頻器本身具有減速過(guò)壓自處理功能，出現(xiàn)減速過(guò)壓時(shí)，變頻器輸出轉(zhuǎn)速將不再下降，減速過(guò)程變慢，電機(jī)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(shí)間設(shè)定不合理，又沒(méi)開(kāi)啟減速過(guò)壓自處理功能，則可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)故障。

1.2 電機(jī)位能負(fù)載下降時(shí)，電機(jī)處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)

當(dāng)位能負(fù)載下降過(guò)快時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較大的回饋能量，一旦回饋能量超過(guò)了變頻器能量處理單元的處理力度，也會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)故障。

1.3 電機(jī)負(fù)載突降

當(dāng)電機(jī)負(fù)載發(fā)生突降時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的回饋能量，引發(fā)過(guò)壓保護(hù)故障。

1.4 多個(gè)電機(jī)拖動(dòng)同一個(gè)負(fù)載時(shí)，負(fù)荷分配不均

以?xún)膳_(tái)電機(jī)拖動(dòng)一個(gè)負(fù)載為例，當(dāng)負(fù)荷分配不平均時(shí)，兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必然不一樣，轉(zhuǎn)速較快的相當(dāng)于原動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速較慢的則進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，引起過(guò)壓保護(hù)，處理時(shí)需合理地對(duì)負(fù)荷進(jìn)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(yùn)行時(shí)間不斷增加，直流回路濾波電容容量亦將緩慢下降，對(duì)直流電壓的調(diào)節(jié)程度逐步減弱，在參數(shù)不變時(shí)，發(fā)生過(guò)壓保護(hù)幾率就會(huì)增大。

2 變頻器過(guò)壓保護(hù)故障處理方法

變頻器顯示過(guò)壓保護(hù)一般分成是經(jīng)常發(fā)生還是偶然發(fā)生兩大類(lèi)型。經(jīng)常發(fā)生過(guò)壓故障的，可能是減速時(shí)間設(shè)定較小造成的，工藝流程設(shè)計(jì)不合理；對(duì)于偶然發(fā)生過(guò)壓故障的，則應(yīng)考慮電機(jī)堵轉(zhuǎn)、突然甩負(fù)載，外部控制信號(hào)線斷線，保護(hù)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(wèn)題。在檢修時(shí)要根據(jù)故障現(xiàn)象來(lái)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(shí)間調(diào)整修改，二是開(kāi)啟過(guò)壓自處理功能。假如工藝流程設(shè)計(jì)中沒(méi)有限定負(fù)載減速時(shí)間，可以適當(dāng)延長(zhǎng)減速時(shí)間，使負(fù)載動(dòng)能緩慢釋放，時(shí)間要線性修改，不宜大跨度更改，以不引起中間直流回路過(guò)壓為限。

2.2 分析工藝流程，為負(fù)載突變尋找解決辦法

這種方法一般適用于負(fù)載突變，電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，引起過(guò)壓保護(hù)故障。對(duì)于這種情況，可以仔細(xì)分析工藝流程，找出可能導(dǎo)致負(fù)載突變的流程，再進(jìn)行流程調(diào)整，減少負(fù)載突變發(fā)生的可能。如果流程調(diào)整也無(wú)法避免負(fù)載突變的發(fā)生，而負(fù)載突變又有規(guī)律可循，則可以通過(guò)控制系統(tǒng)，在負(fù)載突變前，將變頻器的輸出頻率做出相應(yīng)調(diào)整，減少負(fù)載端過(guò)多的再生能量回饋到中間直流回路，從而解決過(guò)壓?jiǎn)栴}。

2.3 采用增加制動(dòng)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(jì)有控制單元和制動(dòng)電阻。如圖1所示，在濾波電容C兩端并接制動(dòng)電阻Rb和晶體管T，當(dāng)中間直流回路的電壓升高到超過(guò)限定值時(shí)，就會(huì)令到晶體管T導(dǎo)通，電路接入制動(dòng)電阻Rb，將回路中的再生能量在制動(dòng)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(shí)際工作情況外加控制單元和制動(dòng)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(duì)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(dāng)增大容量或者對(duì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成容量下降的電容進(jìn)行更換是解決過(guò)壓保護(hù)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(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，每臺(tái)電機(jī)均需要一臺(tái)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(huì)有一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電機(jī)在正常工作時(shí)處于制動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生的再生能量會(huì)通過(guò)并聯(lián)的直流母線，被其他處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)所吸收。不能完全吸收時(shí)，再通過(guò)制動(dòng)電阻消耗。

變頻器中間直流回路過(guò)壓保護(hù)故障是變頻器的一個(gè)硬件弱點(diǎn)，在排除此故障時(shí)，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(yùn)行情況以及工藝流程，找出問(wèn)題所在，然后制定解決辦法。

3 維修實(shí)例

實(shí)例1：西門(mén)子 MM440 11kW

故障現(xiàn)象：面板顯示F0002（過(guò)電壓）故障

故障分析與判斷：變頻器接入電源，面板顯示F0002過(guò)壓保護(hù)故障。首先排除參數(shù)設(shè)定問(wèn)題，在面板查看P2172設(shè)定值，默認(rèn)為800V，沒(méi)有誤改動(dòng)，再查看直流母線電壓R0026的值為536V，沒(méi)有超出跳閘電壓。問(wèn)題應(yīng)該出在電壓取樣電路上，檢查取樣電路中電阻和電容沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)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(yùn)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(guò)壓保護(hù)故障排除。

故障原因：檢測(cè)保護(hù)電路的電壓取樣電路是將直流母線電壓取樣信號(hào)按一定比例進(jìn)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(gè)高電平就是中間直流回路電壓出現(xiàn)過(guò)壓的信號(hào)，所以當(dāng)CPU接收到過(guò)壓信號(hào)后，就在面板顯示F0002過(guò)壓保護(hù)故障。

實(shí)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(guò)電壓）故障。

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

故障處理：更換分壓電阻，變頻器恢復(fù)正常工作。

故障原因：該變頻器電壓取樣電路中的一個(gè)分壓電阻長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后發(fā)熱損壞，阻值變小。分壓電阻阻值變小，會(huì)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(dǎo)致CPU誤報(bào)過(guò)壓保護(hù)故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

在維修變頻器經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)造成變頻器過(guò)壓保護(hù)故障原因進(jìn)行了分析與探討，提出變頻器出現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)故障處理方法。由于變頻器在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種各樣不同的過(guò)壓保護(hù)故障現(xiàn)象，那么在進(jìn)行故障排除時(shí)，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(yùn)行情況以及工藝流程，對(duì)故障進(jìn)行徹底分析，找出問(wèn)題所在，然后找出相應(yīng)的解決辦法，以便快速而準(zhǔn)確地處理過(guò)壓保護(hù)故障問(wèn)題，提高維修效率，降低工廠的經(jīng)濟(jì)損失。

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