變頻器常見故障報(bào)出機(jī)制及處理措施

張旭梅

（中冶南方（武漢）自動化有限公司，湖北武漢 430223）

隨著變頻器的應(yīng)用越來越廣泛，特別是一些生產(chǎn)線上的變頻器一旦發(fā)生故障會導(dǎo)致整條線產(chǎn)出次品廢品或者處于停工狀態(tài)。故一些相關(guān)維護(hù)人員必須了解變頻器各種故障的報(bào)出機(jī)制，才能有利于高效定位故障和解決故障，恢復(fù)生產(chǎn)，降低損失。

本文主要闡述變頻器中一些常見故障的報(bào)出機(jī)制及排除故障的方法。

1 常見故障報(bào)出機(jī)制及處理措施

1.1 過流故障

過流故障是變頻器使用中最常見的故障之一。為了更好的保護(hù)變頻器，一般來說，變頻器對過流故障是實(shí)行的多級保護(hù)。根據(jù)過流的嚴(yán)重程序，可分為以下幾種情況：功率模塊過流、硬件過流、軟件過流。

一般來說，功率模塊過流是最高級別的過流故障，硬件過流點(diǎn)是遠(yuǎn)低于功率模塊過流點(diǎn)，但高于軟件過流點(diǎn)，且從反應(yīng)速度來說，硬件封鎖的快于軟件。

功率模塊過流的報(bào)出機(jī)制一般如下：硬件設(shè)計(jì)上當(dāng)IGBT導(dǎo)通電流超過硬件過流的閾值很多的時候（一般不超過6 倍IGBT 額定電流），會觸發(fā)光耦原邊的FAULT 信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)，硬件電路會封鎖PWM 波的輸出，同時將該信號傳送至控制芯片的管腳上，軟件上通過中斷的方式對該信號進(jìn)行響應(yīng)，立即封管停機(jī)。

硬件過流的報(bào)出機(jī)制一般如下：使用硬件比較電路，當(dāng)檢測到電流大于硬件過流點(diǎn)時，硬件電路會封鎖PWM 波的輸出，同時將故障信號傳送至控制芯片的管腳上，軟件通過中斷的方式對該信號進(jìn)行響應(yīng)，立即封管停機(jī)。

硬件過流原理圖參考如圖1。

圖1

軟件過流的報(bào)出機(jī)制一般如下：軟件采樣到三相電流后計(jì)算得到有效值，將該有效值與軟件過流點(diǎn)進(jìn)行比較，如果大于軟件過流點(diǎn)，則報(bào)出軟件過流故障，封管停機(jī)。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進(jìn)行過流故障的排查與解決：

（1）如果該變頻器一直正常運(yùn)行中，偶爾報(bào)出了功率模塊過流故障。首先我們可以嘗試復(fù)位故障，如果故障復(fù)位不了，那說明功率模塊可能損壞了，需要更換。

（2）如果可以復(fù)位，可以考慮當(dāng)前是否工況發(fā)生了一些變化，比如短時堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致瞬間電流過大。如果是外部意外導(dǎo)致的，可排除這種情況以便維護(hù)變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行；如果工況發(fā)生變化，確實(shí)類似負(fù)載變大或者突加重載的需求，則可通過延長加速時間來降低電流沖擊，或調(diào)節(jié)速度環(huán)及電流環(huán)PI 參數(shù)以優(yōu)化變頻器的控制性能，或者開啟過流失速功能（注意該功能可能導(dǎo)致加速時間與預(yù)期不一致，若電流無法抑制下來，還會造成速度和電流一直維持在某個值附近的問題），過流失速工作示意圖如圖2。

圖2

（3）如果可以復(fù)位，且外部工況并沒有發(fā)生任何變化，檢查變頻器輸出回路是否存在接地或短路情況，若有則消除該外因；若無，可觀測變頻器整個運(yùn)行流程中的電流大小，如果運(yùn)行平穩(wěn)并無大電流沖擊情況，可考慮是否干擾信號導(dǎo)致，可從接地等方面進(jìn)行線路的排查。

（4）如果是調(diào)試階段，運(yùn)行就易報(bào)過流，則可先檢查變頻器及電機(jī)參數(shù)設(shè)置是否正確，電機(jī)的功率與變頻器功率是否匹配，若設(shè)置都正確且功率匹配還是報(bào)故障，可執(zhí)行動態(tài)參數(shù)辨識操作，從而盡可能保證電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確性。

（5）如果是VF 控制模式下起動報(bào)過流，可考慮轉(zhuǎn)矩抬升量是否過大，可適當(dāng)調(diào)小轉(zhuǎn)矩抬升量；或者VF 曲線設(shè)置是否不合理，可適當(dāng)調(diào)整曲線設(shè)置。

（6）如果是電機(jī)自由旋轉(zhuǎn)過程中起動，也可能導(dǎo)致過流，此時可考慮等電機(jī)停穩(wěn)之后再起動，或者設(shè)置起動方式為轉(zhuǎn)速跟蹤起動。

1.2 過壓故障

過壓故障也是變頻器使用中最常見的故障之一。為了更好的保護(hù)變頻器，一般來說，變頻器對過壓故障是實(shí)行的多級保護(hù)。根據(jù)過壓的嚴(yán)重程序，一般可分為：硬件過壓和軟件過壓。

一般來說，硬件過壓點(diǎn)高于軟件過壓點(diǎn)，且硬件封鎖的反應(yīng)速度快于軟件。

硬件過壓的報(bào)出機(jī)制一般如下：使用硬件比較電路，當(dāng)檢測到母線電壓大于硬件過壓點(diǎn)時，硬件電路會封鎖PWM 波的輸出，同時將故障信號傳送至控制芯片的管腳上，軟件通過中斷的方式對該信號進(jìn)行響應(yīng)，立即封管停機(jī)。

硬件過壓原理圖參考如圖3。

圖3

軟件過壓的報(bào)出機(jī)制一般如下：軟件采樣到母線電壓值后，與軟件過壓點(diǎn)進(jìn)行比較，如果大于軟件過壓點(diǎn)，則報(bào)出軟件過壓故障，封管停機(jī)。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進(jìn)行過壓故障的排查與解決：

（1）如果工況中確實(shí)對電網(wǎng)回饋能量較大，檢查是否加裝了制動單元和制動電阻，或者選型是否合適。

（2）如果工況中對電網(wǎng)回饋能量較小，可以考慮延長減速時間來降低對電網(wǎng)的能量回饋，或者調(diào)節(jié)速度環(huán)及電流環(huán)PI 參數(shù)以優(yōu)化變頻器的控制性能。

所謂設(shè)定信用額度，即由廠家針對不同交易經(jīng)銷商設(shè)定不同的最大賒銷金額，凡是不超過該金額的交易，均可以用信用方式進(jìn)行。經(jīng)銷商不可能全都是可靠，總會有一些不講誠信的經(jīng)銷商，借故或無故延遲付款，雖然最終還是支付了貨款，但是，廠家仍花費(fèi)了許多不必要的成本來催收賬款，而且還損失了幾個月的利息。因此，為了追求利潤最大化，W農(nóng)資公司對經(jīng)銷商設(shè)置了一定的信用額度。

（3）如果工況中對電網(wǎng)回饋能量較小但是有瞬時的沖擊（如突卸重載等），并且對停機(jī)時間位置沒有嚴(yán)格要求，可使能過壓失速功能。因?yàn)樵摴δ芸赡芤鹱冾l器長時間無法停機(jī)，故需要謹(jǐn)慎使用，某些停機(jī)位置要求高的場合絕對不可使用，過壓失速工作示意圖如圖4。

圖4

（4）如果工況中對電網(wǎng)回饋能量很小，建議可以檢測一下三相輸入電壓是否過高。

（5）檢查是否存在外力拖動電機(jī)運(yùn)行，若有，消除此外力。

1.3 輸入缺相

輸入缺相也是變頻器使用中較為常見的故障之一。

不同廠家或系列的變頻器對輸入缺相故障的報(bào)出機(jī)制可能不一樣，大致可分為以下兩種：一是通過軟件檢測，將兩路輸入線電壓采樣換算為三相相電壓，通過判斷相電壓的不平衡度來判斷是否符合輸入缺相條件。二是增加硬件檢測電路，將硬件檢測結(jié)果通過管腳傳送給控制芯片，軟件通過檢測該管腳的信號電平狀態(tài)來判斷是否符合輸入缺相的條件。如果符合輸入缺相條件，則報(bào)故障封管停機(jī)或報(bào)警提示用戶。

硬件上輸入缺相檢測原理圖參考如圖5。

圖5

一般來說，我們可以從以下幾個方面進(jìn)行輸入缺相故障的排查與解決：

（1）檢查輸入的三相電源接線是否正常是否牢靠。

（3）一般來說，輸入缺相的原因就是以上兩條。如果確認(rèn)1無問題，又沒有發(fā)現(xiàn)輸入電源斷開了，可重點(diǎn)監(jiān)測一下輸入電源的情況，檢查控制邏輯里面是否有某種情況下自動斷開輸入電源和自動合上輸入電源。

1.4 變頻器過載

變頻器過載是變頻器使用中偶爾會報(bào)出的故障之一。

不同廠家或系列的變頻器對變頻器過載故障的報(bào)出機(jī)制可能不一樣，大致可分為以下兩種：一種是熱積累計(jì)算方法，根據(jù)變頻器的整體設(shè)計(jì)，軟件通過電流等要素計(jì)算一定周期內(nèi)變頻器的熱積累值，與設(shè)計(jì)閾值進(jìn)行比較，如果超過就會報(bào)出變頻器過載故障封管停機(jī)。另一種是反時限法，即根據(jù)變頻器設(shè)計(jì)的過載曲線，軟件中計(jì)算出多大電流能夠過載多長時間，然后通過計(jì)時，達(dá)到計(jì)時時間后就會報(bào)出變頻器過載故障封管停機(jī)。

典型的過載周期如圖6。

圖6

一般來說，我們可以從以下幾個方面進(jìn)行變頻器過載故障的排查與解決：

（1）檢查負(fù)載的工作/間隙周期是否符合過載曲線，可適當(dāng)調(diào)整或減輕負(fù)載電流使其過載工作持續(xù)時間不要超過過載曲線。

（2）檢查電機(jī)功率是否超出變頻器負(fù)載范圍，若負(fù)載確實(shí)較大，建議選擇較大功率的變頻器。

1.5 電機(jī)堵轉(zhuǎn)

電機(jī)堵轉(zhuǎn)也是變頻器偶爾會報(bào)出的故障之一。

電機(jī)堵轉(zhuǎn)的定義通俗來說就是變頻器自身目標(biāo)是讓電機(jī)運(yùn)行到一定的速度，然后出了很大的力，電機(jī)卻無法正常運(yùn)行起來，而是一直運(yùn)行在堵轉(zhuǎn)范圍。電機(jī)堵轉(zhuǎn)示意圖如圖7。

圖7

電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障的報(bào)出一般需要同時滿足以下幾個條件：

（1）轉(zhuǎn)矩電流反饋值大于設(shè)置的電機(jī)堵轉(zhuǎn)閾值且持續(xù)時間超過設(shè)置的堵轉(zhuǎn)時間；（2）在此期間，實(shí)際速度小于設(shè)置的電機(jī)堵轉(zhuǎn)頻率；（3）變頻器不是VF 控制方式，因?yàn)閂F 控制方式?jīng)]有反饋速度，故無法知道電機(jī)是否正常運(yùn)行。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進(jìn)行電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障的排查與解決：

（1）檢查電機(jī)是否真的因?yàn)橥饬υ驅(qū)е滤俣冗\(yùn)行不起來，有的話，排除相關(guān)外力因素。

（2）按照現(xiàn)場需求調(diào)整堵轉(zhuǎn)頻率和堵轉(zhuǎn)電流閾值參數(shù)的值。

（3）檢查電機(jī)或負(fù)載功率是否與變頻器不匹配，導(dǎo)致變頻器帶不動電機(jī)，若是，則選擇合適功率的變頻器。

2 結(jié)論

本文主要分析了變頻器日常使用中經(jīng)常會碰到的一些故障，從設(shè)計(jì)方面闡述了故障報(bào)出的機(jī)制，從使用方面闡述了故障報(bào)出后的排查思路，對變頻器的日常使用及維護(hù)具有實(shí)用價(jià)值。