變頻器過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流故障原因及處理方法

現代社會(huì )，各行業(yè)都提倡節能，因變頻器和交流電機組成的交流調速系統具有的優(yōu)良的調速性能，可以大大降低能源的消耗。因此，變頻器的安全運行就成為了很關(guān)鍵的環(huán)節，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(shí)間察覺(jué)到變頻器的運行狀況，是非常必要的。

1 、引言

因變頻器和交流電機組成的交流調速系統具有的優(yōu)良的調速性能，在其應用范圍不斷擴展的同時(shí)，也會(huì )使我們在工作中遇到各種原因造成的故障，導致生產(chǎn)停工，直接造成單位損失，因此，我們要不斷地通過(guò)積累經(jīng)驗來(lái)提高處理變頻器故障的能力，提高設備利用率，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(xiàn)設備調試及運行一年過(guò)程中遇到和學(xué)習到的幾種常見(jiàn)變頻器過(guò)壓 欠壓 過(guò)熱 過(guò)流故障進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納與分析。

2、變頻器過(guò)電壓（OU）故障原因分析及對策

2.1 過(guò)電壓的危害

變頻器過(guò)電壓主要是指其中間直流回路過(guò)電壓，中間直流回路過(guò)電壓主要危害在于：

(1) 引起電動(dòng)機磁路飽和。對于電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，電壓主過(guò)高必然使電機鐵芯磁通增加，可能導致磁路飽和，勵磁電流過(guò)大，從面引起電機溫升過(guò)高；

(2) 損害電動(dòng)機絕緣。中間直流回路電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度過(guò)大，對電機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，嚴重時(shí)會(huì )引起電容器爆裂。因而變頻器廠(chǎng)家一般將中間直流回路過(guò)電壓值限定在DC800V左右，一旦其電壓超過(guò)限定值，變頻器將按限定要求跳閘保護[3]。

2.2 過(guò)電壓的原因

一般能引起中間直流回路過(guò)電壓的原因主要來(lái)自以下兩個(gè)方面：

(1) 來(lái)自電源輸入側的過(guò)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(huì )使變頻器因過(guò)電壓跳閘。電源輸入側的過(guò)電壓主要是指電源側的沖擊過(guò)電壓，如雷電引起的過(guò)電壓、補償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)形成的過(guò)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(dòng)或減速時(shí)間過(guò)短或制動(dòng)電阻損壞。

當變頻器拖動(dòng)大慣性負載時(shí)，其減速時(shí)間設定的比較小，在減速過(guò)程中，變頻器輸出頻率下降的速度比較快，而負載慣性比較大，靠本身阻力減速比較慢，使負載拖動(dòng)電動(dòng)機的轉速比變頻器輸出的頻率所對應的轉速還要高，電動(dòng)機處于發(fā)電狀態(tài)，從負載側向變頻器中間直流回路回饋能量，短時(shí)間內能量的集中回饋，可能會(huì )中間直流回路及其能量處理單元的承受能力引發(fā)過(guò)電壓故障。若變頻器沒(méi)有能量處理單元或其作用有限，因而導致變頻器中間直流回路電壓升高，超出保護值，就會(huì )出現過(guò)電壓跳閘故障。

實(shí)例：我廠(chǎng)在現場(chǎng)調試過(guò)程中有一組輥道電機的變頻器出現速度反饋值大于速度設定值，經(jīng)仔細觀(guān)察發(fā)現：

a) 在軋鋼過(guò)程中不存在這種情況，當鋼離開(kāi)輥道后，才出現這種情況；

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

 c) 變頻器的進(jìn)線(xiàn)電壓已超過(guò)上限；

在軋鋼過(guò)程中，該變頻器控制的輥道電機將升速，當鋼離開(kāi)輥道后輥道電機速度降至原來(lái)的速度，若這臺變頻器未裝設制動(dòng)裝置，因進(jìn)線(xiàn)電壓過(guò)高，直流回路電壓超過(guò)了設定的極限值，變頻器報過(guò)壓故障。

2.3 過(guò)電壓的處理對策

(1) 在電源輸入側增加吸收裝置，減少過(guò)電壓因素

對于電源輸入側有沖擊過(guò)電壓、雷電引起的過(guò)電壓、補償電容在合閘或斷開(kāi)時(shí)形成的過(guò)電壓可能發(fā)生的情況下，可以采用在輸入側并聯(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(chǎng)設備在設計時(shí)就考慮到在輸入側裝有進(jìn)線(xiàn)電抗器，增強變頻器抗電壓變化的能力。

(2) 在輸入側增加逆變電路的方法

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

(3) 從變頻器已設定的參數中尋找解決辦法

在滿(mǎn)足控制要求的條件下，適當增加或延長(cháng)制動(dòng)時(shí)間或減速時(shí)間（尤其針對大慣性負載的停機需考慮）。 

在工藝流程中如不限定負載減速時(shí)間時(shí)，變頻器減速時(shí)間參數的設定不要太短，而使得負載動(dòng)能釋放的太快，該參數的設定要以不引起中間回路過(guò)電壓為限，特別要注意負載慣性較大時(shí)該參數的設定。如果工藝流程對負載減速時(shí)間有限制，而在限定時(shí)間內變頻器出現過(guò)電壓跳閘現象，就要設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：當變頻器電源缺相后，三相整流變成二相整流，在帶上負載后，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(kāi)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(shí)工作或同時(shí)起動(dòng)的變頻器過(guò)多

原因：當多臺變頻器同時(shí)起動(dòng)或工作時(shí)，會(huì )造成電網(wǎng)電壓出現短暫的下降，當電壓下降持續時(shí)間超過(guò)變頻器允許的時(shí)間（一般變頻器都有一個(gè)允許壓降的最短時(shí)間）時(shí)，就會(huì )造成變頻器的欠壓故障[5]。

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

4、變頻器過(guò)熱(OH)故障原因分析及對策

4.1周?chē)h(huán)境溫度過(guò)高

原因：變頻器內部是由無(wú)數個(gè)電子器件構成的，其工作時(shí)會(huì )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(huì )更多。如果環(huán)境溫度過(guò)高，也會(huì )導致變頻器內部元器件溫度過(guò)高，為保護變頻器內部電路，此時(shí)變頻器會(huì )報溫度高故障并停機。

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

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(shí)，會(huì )影響變頻器內部的散熱，導致變頻器過(guò)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(shí)，大量的熱量積聚在變頻器內部散不出去。 

 對策：更換風(fēng)扇。

4.4 負載過(guò)重

原因：當變頻器所帶負載過(guò)重（小馬拉大車(chē)）時(shí)，會(huì )產(chǎn)生過(guò)大的電流，產(chǎn)生大量的熱量，有時(shí)變頻器也會(huì )過(guò)熱報警。

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

5、變頻器過(guò)流(OC)故障原因分析及對策

5.1變頻器過(guò)電流的現象

(1) 重新啟動(dòng)時(shí)，一升速就跳閘，這是過(guò)電流十分嚴重的現象。主要原因有：負載短路，機械部位有卡??；逆變模塊損壞；電動(dòng)機的轉矩過(guò)小等現象引起。

(2) 上電就跳，這種現象一般不能復位，主要原因有：模塊壞、驅動(dòng)電路壞、電流檢測電路壞。

(3) 重新啟動(dòng)時(shí)并不立即跳閘而是在加速時(shí)，主要原因有:加速時(shí)間設置太短、電流上限設置太小、轉矩補償(V/F)設定較高。

5.2變頻器過(guò)電流的原因及處理對策

(1) 變頻器輸出短路

原因：常常是由于負載短路而引起的，最常見(jiàn)的就是電機短路（電機振動(dòng)引起接線(xiàn)松動(dòng)短接而造成短路）。

對策：我們在平時(shí)生產(chǎn)期間，現場(chǎng)都設有機械、電氣巡檢人員，定期檢修期間，對各機械、電氣設備進(jìn)行清掃和緊固螺絲。

 (2) 機械部位有卡住或軋鋼現場(chǎng)時(shí)常會(huì )出現“卡鋼"現象。此時(shí)負載突然增大時(shí)，電流也會(huì )隨之增大，當電流超過(guò)變頻器設定的過(guò)電流值時(shí)，為保護變頻器內部器件，會(huì )報“過(guò)電流"故障跳閘。

常見(jiàn)原因：傳動(dòng)裝置損壞；工藝設定不合理板坯過(guò)寬，板型不好。

對策：經(jīng)常巡檢機械裝置，改善工藝，提高操作工操作水平。

(3) 傳動(dòng)機構的機械慣性過(guò)大，電機的容量相對偏小

 原因：當傳動(dòng)機械慣性大時(shí)，電機容量又偏小，會(huì )（尤其在剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)）出現“小馬拉大車(chē)"的現象，造成電機電流偏大，導致變頻器過(guò)流跳閘。

對策：對于大慣性負載，在保證電機和負載匹配的前提下，可適當提高變頻器低速啟動(dòng)時(shí)的電壓提升，延長(cháng)變頻器的加速時(shí)間等方法來(lái)防止變頻器過(guò)流故障的發(fā)生。 

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

原因：變頻器啟動(dòng)加速時(shí)間設定太短變頻器輸出頻率的變化遠遠超過(guò)電機轉速的變化（失速）；V/F電壓提升太大，變頻器輸出頻率已經(jīng)比較高了，而電機轉速還比較低（即電機轉速的變化滯后于變頻器頻率的變化），也會(huì )造成失速故障。這種“失速"就會(huì )導致變頻器過(guò)流故障。   對策：延長(cháng)變頻器的加速時(shí)間設定；另外，低速電壓提升要也要在實(shí)際中反復實(shí)驗，不要設置太大，否則會(huì )導致變頻器一起動(dòng)就發(fā)生過(guò)流故障。 

在變頻器的常見(jiàn)故障中，由其外圍電路引起的故障所占比例較大，在日常維護時(shí)，應注意檢查電網(wǎng)電壓，改善變頻器、電機及線(xiàn)路的周邊環(huán)境，定期清除變頻器內部灰塵，通過(guò)加強設備管理最大限度地降低變頻器的故障率。