变频器过压、欠压、过热、过流故障原因及对策

现代社会，各行业都提倡节能，因变频器和交流电机组成的交流调速系统具有的优良的调速性能，可以大大降低能源的消耗。因此，变频器的安全运行就成为了很关键的环节，掌握一些变频器故障产生原因以及排除故障方面的知识，能够第一时间察觉到变频器的运行状况，是非常必要的。
1 引言
因变频器和交流电机组成的交流调速系统具有的优良的调速性能，在其应用范围不断扩展的同时，也会使我们在工作中遇到各种原因造成的故障，导致生产停工，直接造成单位损失，因此，我们要不断地通过积累经验来提高处理变频器故障的能力，提高设备利用率，从而提高生产效率^[1-2]。本文就我在公司2800mm热轧生产线设备调试及运行一年过程中遇到和学习到的几种常见变频器过压 欠压 过热 过流故障进行简单归纳与分析。
2变频器过电压（OU）故障原因分析及对策
2.1 过电压的危害
变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压主要危害在于：
(1) 引起电动机磁路饱和。
对于电动机来说，电压主过高必然使电机铁芯磁通增加，可能导致磁路饱和，励磁电流过大，从面引起电机温升过高；
(2) 损害电动机绝缘。
中间直流回路电压升高后，变频器输出电压的脉冲幅度过大，对电机绝缘寿命有很大的影响；
(3) 对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。
因而变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在DC800V左右，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护^[3]。
2.2 过电压的原因
一般能引起中间直流回路过电压的原因主要来自以下两个方面：
(1) 来自电源输入侧的过电压　
正常情况下的电源电压为380V，允许误差为-5%～+10%，经三相桥式全波整流后中间直流的峰值为591V，一般电源电压不会使变频器因过电压跳闸。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，主要特点是电压变化率dv/dt和幅值都很大。
(2) 制动或减速时间过短或制动电阻损坏。
当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设定的比较小，在减速过程中，变频器输出频率下降的速度比较快，而负载惯性比较大，靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，从负载侧向变频器中间直流回路回馈能量，短时间内能量的集中回馈，可能会中间直流回路及其能量处理单元的承受能力引发过电压故障。若变频器没有能量处理单元或其作用有限，因而导致变频器中间直流回路电压升高，超出保护值，就会出现过电压跳闸故障。
实例：
我厂在现场调试过程中有一组辊道电机的变频器出现速度反馈值大于速度设定值，经仔细观察发现：
a) 在轧钢过程中不存在这种情况，当钢离开辊道后，才出现这种情况；
b) 当速度反馈值大于速度设定值时，直流回路电压为额定电压的125%，超过115%的极限设定值；
c) 变频器的进线电压已超过上限；
在轧钢过程中，该变频器控制的辊道电机将升速，当钢离开辊道后辊道电机速度降至原来的速度，若这台变频器未装设制动装置，因进线电压过高，直流回路电压超过了设定的极限值，变频器报过压故障。
2.3 过电压的处理对策
(1) 在电源输入侧增加吸收装置，减少过电压因素
对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。关于这一点，我厂设备在设计时就考虑到在输入侧装有进线电抗器，增强变频器抗电压变化的能力。
(2) 在输入侧增加逆变电路的方法
处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加逆变电路，可以将多余的能量回馈给电网。关于这一点，我厂在设备设备选型时就考虑带有回馈装置。
(3) 从变频器已设定的参数中寻找解决办法
在满足控制要求的条件下，适当增加或延长制动时间或减速时间（尤其针对大惯性负载的停机需考虑）。
在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能释放的太快，该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能。
3变频器欠电压(Uu)故障原因分析及对策
3.1 电源缺相
原因：
当变频器电源缺相后，三相整流变成二相整流，在带上负载后，致使整流后的DC电压偏低，造成欠压故障^[4]。
对策：
检查变频器电源的空开或接触器触点是否接触良好，触点电阻是否太大，输入电压是否正常等。
3.2 同时工作或同时起动的变频器过多
原因：
当多台变频器同时起动或工作时，会造成电网电压出现短暂的下降，当电压下降持续时间超过变频器允许的时间（一般变频器都有一个允许压降的最短时间）时，就会造成变频器的欠压故障^[5]。
对策：
尽量减少同时起动或工作的变频器的台数，变频器输入侧加装AC电抗器，实在不行就增加供电变压器的容量。
4变频器过热(OH)故障原因分析及对策
4.1周围环境温度过高
原因：
变频器内部是由无数个电子器件构成的，其工作时会产生大量的热量，尤其是IGBT工作在高频状态下，产生的热量会更多。如果环境温度过高，也会导致变频器内部元器件温度过高，为保护变频器内部电路，此时变频器会报温度高故障并停机。
对策：
降低变频器所在场所的温度，如可以加装空调或风扇等强制制冷措施。  
4.2 变频器通风不良
原因：
如变频器本身的风道堵塞或控制柜的风道被阻塞时，会影响变频器内部的散热，导致变频器过热报警。
对策：
定期检修变频器，清除其风道的垃圾，顺畅风道。 
4.3 风扇卡阻或损坏
原因：
变频器风扇坏时，大量的热量积聚在变频器内部散不出去。  
对策：
更换风扇。
4.4 负载过重
原因：
当变频器所带负载过重（小马拉大车）时，会产生过大的电流，产生大量的热量，有时变频器也会过热报警。
对策：
减小负载或增加变频器的容量（一般设备选型时都会考虑变频器容量为负载功率的1.8倍）。
5变频器过流(OC)故障原因分析及对策
5.1变频器过电流的现象
(1) 重新启动时，一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象。
主要原因有：
负载短路，机械部位有卡住；逆变模块损坏；电动机的转矩过小等现象引起。
(2) 上电就跳，这种现象一般不能复位。
主要原因有：
模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。
(3) 重新启动时并不立即跳闸而是在加速时。
主要原因有:
加速时间设置太短、电流上限设置太小、转矩补偿(V/F)设定较高。
5.2变频器过电流的原因及处理对策
(1) 变频器输出短路
原因：
常常是由于负载短路而引起的，最常见的就是电机短路（电机振动引起接线松动短接而造成短路）。
对策：
我们在平时生产期间，现场都设有机械、电气巡检人员，定期检修期间，对各机械、电气设备进行清扫和紧固螺丝。
(2)机械部位有卡住或轧钢现场时常会出现“卡钢”现象。
此时负载突然增大时，电流也会随之增大，当电流超过变频器设定的过电流值时，为保护变频器内部器件，会报“过电流”故障跳闸。
常见原因：
传动装置损坏；工艺设定不合理板坯过宽，板型不好。
对策：经常巡检机械装置，改善工艺，提高操作工操作水平。
(3)传动机构的机械惯性过大，电机的容量相对偏小
原因：
当传动机械惯性大时，电机容量又偏小，会（尤其在刚开始启动时）出现“小马拉大车”的现象，造成电机电流偏大，导致变频器过流跳闸。
对策：
对于大惯性负载，在保证电机和负载匹配的前提下，可适当提高变频器低速启动时的电压提升，延长变频器的加速时间等方法来防止变频器过流故障的发生。  
(4)变频器启动加速时间设定太短；V/F特性电压提升设定太大。
原因：
变频器启动加速时间设定太短变频器输出频率的变化远远超过电机转速的变化（失速）；V/F电压提升太大，变频器输出频率已经比较高了，而电机转速还比较低（即电机转速的变化滞后于变频器频率的变化），也会造成失速故障。这种“失速”就会导致变频器过流故障。 
对策：
延长变频器的加速时间设定；另外，低速电压提升要也要在实际中反复实验，不要设置太大，否则会导致变频器一起动就发生过流故障。 
在变频器的常见故障中，由其外围电路引起的故障所占比例较大，在日常维护时，应注意检查电网电压，改善变频器、电机及线路的周边环境，定期清除变频器内部灰尘，通过加强设备管理最大限度地降低变频器的故障率。