变频器常见故障报出机制及处理措施

2021-12-14张旭梅

科学技术创新 2021年34期

关键词：过流停机变频器

张旭梅

（中冶南方（武汉）自动化有限公司，湖北武汉 430223）

随着变频器的应用越来越广泛，特别是一些生产线上的变频器一旦发生故障会导致整条线产出次品废品或者处于停工状态。故一些相关维护人员必须了解变频器各种故障的报出机制，才能有利于高效定位故障和解决故障，恢复生产，降低损失。

本文主要阐述变频器中一些常见故障的报出机制及排除故障的方法。

1 常见故障报出机制及处理措施

1.1 过流故障

过流故障是变频器使用中最常见的故障之一。为了更好的保护变频器，一般来说，变频器对过流故障是实行的多级保护。根据过流的严重程序，可分为以下几种情况：功率模块过流、硬件过流、软件过流。

一般来说，功率模块过流是最高级别的过流故障，硬件过流点是远低于功率模块过流点，但高于软件过流点，且从反应速度来说，硬件封锁的快于软件。

功率模块过流的报出机制一般如下：硬件设计上当IGBT导通电流超过硬件过流的阈值很多的时候（一般不超过6 倍IGBT 额定电流），会触发光耦原边的FAULT 信号发生翻转，硬件电路会封锁PWM 波的输出，同时将该信号传送至控制芯片的管脚上，软件上通过中断的方式对该信号进行响应，立即封管停机。

硬件过流的报出机制一般如下：使用硬件比较电路，当检测到电流大于硬件过流点时，硬件电路会封锁PWM 波的输出，同时将故障信号传送至控制芯片的管脚上，软件通过中断的方式对该信号进行响应，立即封管停机。

硬件过流原理图参考如图1。

图1

软件过流的报出机制一般如下：软件采样到三相电流后计算得到有效值，将该有效值与软件过流点进行比较，如果大于软件过流点，则报出软件过流故障，封管停机。

一般来说，我们可以从以下几个方面进行过流故障的排查与解决：

（1）如果该变频器一直正常运行中，偶尔报出了功率模块过流故障。首先我们可以尝试复位故障，如果故障复位不了，那说明功率模块可能损坏了，需要更换。

（2）如果可以复位，可以考虑当前是否工况发生了一些变化，比如短时堵转导致瞬间电流过大。如果是外部意外导致的，可排除这种情况以便维护变频器的稳定运行；如果工况发生变化，确实类似负载变大或者突加重载的需求，则可通过延长加速时间来降低电流冲击，或调节速度环及电流环PI 参数以优化变频器的控制性能，或者开启过流失速功能（注意该功能可能导致加速时间与预期不一致，若电流无法抑制下来，还会造成速度和电流一直维持在某个值附近的问题），过流失速工作示意图如图2。

图2

（3）如果可以复位，且外部工况并没有发生任何变化，检查变频器输出回路是否存在接地或短路情况，若有则消除该外因；若无，可观测变频器整个运行流程中的电流大小，如果运行平稳并无大电流冲击情况，可考虑是否干扰信号导致，可从接地等方面进行线路的排查。

（4）如果是调试阶段，运行就易报过流，则可先检查变频器及电机参数设置是否正确，电机的功率与变频器功率是否匹配，若设置都正确且功率匹配还是报故障，可执行动态参数辨识操作，从而尽可能保证电机参数的准确性。

（5）如果是VF 控制模式下起动报过流，可考虑转矩抬升量是否过大，可适当调小转矩抬升量；或者VF 曲线设置是否不合理，可适当调整曲线设置。

（6）如果是电机自由旋转过程中起动，也可能导致过流，此时可考虑等电机停稳之后再起动，或者设置起动方式为转速跟踪起动。

1.2 过压故障

过压故障也是变频器使用中最常见的故障之一。为了更好的保护变频器，一般来说，变频器对过压故障是实行的多级保护。根据过压的严重程序，一般可分为：硬件过压和软件过压。

一般来说，硬件过压点高于软件过压点，且硬件封锁的反应速度快于软件。

硬件过压的报出机制一般如下：使用硬件比较电路，当检测到母线电压大于硬件过压点时，硬件电路会封锁PWM 波的输出，同时将故障信号传送至控制芯片的管脚上，软件通过中断的方式对该信号进行响应，立即封管停机。

硬件过压原理图参考如图3。

图3

软件过压的报出机制一般如下：软件采样到母线电压值后，与软件过压点进行比较，如果大于软件过压点，则报出软件过压故障，封管停机。

一般来说，我们可以从以下几个方面进行过压故障的排查与解决：

（1）如果工况中确实对电网回馈能量较大，检查是否加装了制动单元和制动电阻，或者选型是否合适。

（2）如果工况中对电网回馈能量较小，可以考虑延长减速时间来降低对电网的能量回馈，或者调节速度环及电流环PI 参数以优化变频器的控制性能。

所谓设定信用额度，即由厂家针对不同交易经销商设定不同的最大赊销金额，凡是不超过该金额的交易，均可以用信用方式进行。经销商不可能全都是可靠，总会有一些不讲诚信的经销商，借故或无故延迟付款，虽然最终还是支付了货款，但是，厂家仍花费了许多不必要的成本来催收账款，而且还损失了几个月的利息。因此，为了追求利润最大化，W农资公司对经销商设置了一定的信用额度。

（3）如果工况中对电网回馈能量较小但是有瞬时的冲击（如突卸重载等），并且对停机时间位置没有严格要求，可使能过压失速功能。因为该功能可能引起变频器长时间无法停机，故需要谨慎使用，某些停机位置要求高的场合绝对不可使用，过压失速工作示意图如图4。

图4

（4）如果工况中对电网回馈能量很小，建议可以检测一下三相输入电压是否过高。

（5）检查是否存在外力拖动电机运行，若有，消除此外力。

1.3 输入缺相

输入缺相也是变频器使用中较为常见的故障之一。

不同厂家或系列的变频器对输入缺相故障的报出机制可能不一样，大致可分为以下两种：一是通过软件检测，将两路输入线电压采样换算为三相相电压，通过判断相电压的不平衡度来判断是否符合输入缺相条件。二是增加硬件检测电路，将硬件检测结果通过管脚传送给控制芯片，软件通过检测该管脚的信号电平状态来判断是否符合输入缺相的条件。如果符合输入缺相条件，则报故障封管停机或报警提示用户。

硬件上输入缺相检测原理图参考如图5。

图5

一般来说，我们可以从以下几个方面进行输入缺相故障的排查与解决：

（1）检查输入的三相电源接线是否正常是否牢靠。

（3）一般来说，输入缺相的原因就是以上两条。如果确认1无问题，又没有发现输入电源断开了，可重点监测一下输入电源的情况，检查控制逻辑里面是否有某种情况下自动断开输入电源和自动合上输入电源。

1.4 变频器过载

变频器过载是变频器使用中偶尔会报出的故障之一。

不同厂家或系列的变频器对变频器过载故障的报出机制可能不一样，大致可分为以下两种：一种是热积累计算方法，根据变频器的整体设计，软件通过电流等要素计算一定周期内变频器的热积累值，与设计阈值进行比较，如果超过就会报出变频器过载故障封管停机。另一种是反时限法，即根据变频器设计的过载曲线，软件中计算出多大电流能够过载多长时间，然后通过计时，达到计时时间后就会报出变频器过载故障封管停机。

典型的过载周期如图6。