如何更好做到變頻器過壓故障原因及排除

鐘盛龍

一、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。

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電狀態，即電機實際轉速高于變頻器輸出轉速，電機轉子轉速大于同步轉速，負載傳動系統中儲存的動能則被“再生”成電能，經過逆變器的6個續流二極管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電狀態下運行時，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，就會出現過壓保護故障。

（一）變頻器減速時間設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，電機轉速高于變頻器輸出轉速，電機處于再生發電狀態，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，出現減速過壓時，變頻器輸出轉速將不再下降，減速過程變慢，電機轉速持續下降，慢慢接近變頻器輸出轉速，發電狀態消失，中間直流回路電壓下降，變頻器再繼續減速。如果減速時間設定不合理，又沒開啟減速過壓自處理功能，則可能會出現過壓保護故障。

（二）電機位能負載下降時，電機處于再生發電制動狀態

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

（三）電機負載突降

當電機負載發生突降時，電機轉速快速上升，進入再生發電狀態，短時間內產生較大的回饋能量，引發過壓保護故障。

（四）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，兩臺電機的轉速必然不一樣，轉速較快的相當于原動機，轉速較慢的則進入再生發電狀態，引起過壓保護，處理時需合理地對負荷進行分配控制。

（五）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，對直流電壓的調節程度逐步減弱，在參數不變時，發生過壓保護幾率就會增大。

二、變頻器過壓保護故障處理方法

（一）從變頻器內部參數設定想辦法

在參數設定中，主要是兩方面，一是減速時間調整修改，二是開啟過壓自處理功能。假如工藝流程設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。

（二）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，電機進入再生發電狀態，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，再進行流程調整，減少負載突變發生的可能。如果流程調整也無法避免負載突變的發生，而負載突變又有規律可循，則可以通過控制系統，在負載突變前，將變頻器的輸出頻率做出相應調整，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。

（三）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變為熱能消耗掉。大于7.5kW的變頻器則需根據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。

（四）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定起到很關鍵的作用，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。

（五）并聯直流母線吸收

這種方法適用于多電機傳動系統，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。系統中往往會有一臺或數臺電機在正常工作時處于制動狀態，產生的再生能量會通過并聯的直流母線，被其他處于電動狀態的電機所吸收。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，關鍵要根據故障現象，結合變頻器參數設定、控制系統運行情況以及工藝流程，找出問題所在，然后制定解決辦法。

三、維修實例

西門子 MM440 11kW

故障現象：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。首先排除參數設定問題，在面板查看P2172設定值，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開路、短路現象，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，發現始終輸出高電平，判斷已經損壞。

故障處理：更換集成電路TL082，過壓保護故障排除。

結束語

在維修變頻器經驗基礎上，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各種各樣不同的過壓保護故障現象，那么在進行故障排除時，要根據故障現象，結合變頻器參數設定、控制系統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，降低工廠的經濟損失。