摘要：变频调速技术为工业行业产业结构升级调整及业务扩展提供了技术支持，但是变频器在实际运用中难免会出现不同类型的故障，为了确保变频调速技术应用效能，需要针对不同故障采取针对性处理措施。为此，本文首先分析了变频器工作原理及主要功能，其次分析了变频器故障诊断方法，最后分析了变频器常见故障及处理措施，以期为变频器故障诊断及处理提供参考。

关键词：变频器  常见故障  故障诊断方法  故障处理措施

变频器是变频调速技术的应用载体，是电力电子技术、计算机智能控制技术结合的产物，能够实现对各项工业生产、加工设备转速的调节，同时具备过载能力较强、动态特性良好等应用性能，为电气传动控制领域发展带来了质的提高。受到工作环境、运行性能、运行时间、使用方法、参数设置等因素的影响，变频器难免会出现不同类型的故障，因此，做好常见故障原因及表现分析极其重要，只有基于常见故障分析结果，才能够制定故障防范及处理措施。

1 变频器工作原理及主要功能

1.1 变频器工作原理

图1为变频器内部电路，基于此电路，可以总结变频器工作原理如下：变频器将单相、三相交流电转换为直流电，随后再将直流电转换为单相、三相交流电，并且在转换过程中调节输出频率、电压，从而改变设备电机运转速度。

以交流异步电机为例，其同步转速表达公式为： ，其中，n表示电机运转速度，f表示动机运转功率，s表示电机转差率，p表示电机极对数。通过公式可知，n与f成正比关系，表示更改f便能够调节n，变频器对于f的调节范围为0～50Hz。变频器通过改变设备电机电源频率来完成电机运转速度调节作业，能够令设备电机以较小的启动电流获得较大的启动转矩，从而启动重载负荷，如图1所示。

1.2 变频器主要功能

（1）变频节能功能。为了确保工业生产、加工设备运行安全性能，避免设备出现超负荷运行情况，设备动力驱动设计都会预留出一定空间，尽管能够满足电机的动力驱动需求，但是多余的力矩可能会增加电机运转功率，从而造成电力资源浪费。变频器的应用能够调节电机电流，通过逆变器将直流电转变成固定的交流电，从而将电机运转功率控制在既定范围内，获得节能效果[1]。

（2）软启动节能功能。设备电机在启动时刻会对所在电力系统造成一定力度的冲击，冲击力度与电机运转功率成正比关系，传统启动方式导致的冲击力度往往较大。变频器的应用能够确保设备电机从零开始启动，使得传统启动方式被软启动方式代替，从而实现对电机电流的最大限度控制，减轻电机启动对电力系统的冲击，在节能的同时，延长电机应用寿命[2]。

2 变频器故障诊断方法

2.1 对比诊断法

对比诊断法指的是通过对比故障表现的方式确定故障原因，如更换某一元件与不更换该元件，切断电路与不切断电路，对比两种变化产生的现象，来明确故障发生位置。例如，某高压给水泵在启动时报警，显示为高压给水泵变频器B2模块故障，更换B2模块后，故障解除，表明B2模块为故障源;如果故障没有解除，表明B2模块不是故障源，需要进行其他元件排查，同样可以运用对比诊断法。对比诊断法适合应用在变频器故障类型较少的情况下，往往能够直接明确故障类型，提高后续故障处理精准程度[3]。

2.2 故障树诊断法

需要列出常见的变频器故障类型，随后从硬件设施、软件体系、运行环境、人为操作等角度，分析不同故障发生的直接原因和间接原因，将这些原因通过逻辑关系关联起来，按照原因发生的先后顺序形成故障树诊断体系。当变频器故障发生后，便能够基于故障树诊断体系，按照从下到上的顺序逐步确定故障原因，直到找到故障原因为止。故障树诊断法适合应用在无法直观诊断变频器故障类型、故障类型较多的情况下，往往能够提高故障诊断效率，为后续故障处理提供便利条件。

2.3 自动诊断与人工诊断结合法

目前，市面上生产的大部分变频器都具备自动诊断功能，但是该功能主要面向故障类型、性质、位置等基本信息，难以判断故障发生原因，而发生原因则是的关键信息。为了弥补自动诊断法的局限性，可以联合人工诊断法共同应用，技术人员根据自动诊断信息缩小变频器故障排查范圍，从而快速确定故障位置及故障发生原因。自动诊断与人工诊断结合法适合应用在大部分变频器故障诊断中，往往完成对故障的逐一排查，从而实现高质量高效率故障处理[4]。

3 变频器常见故障及处理措施分析

3.1 过载故障

过载故障主要分为传感器过载故障、电机过载故障两种类型，故障发生原因有传感器负载过大、加速时间较短、直流制动量过大等。过载故障发生时，变频器面板上会显示“Excessive Drive Losses”。

过载故障处理措施包括延长加速时间、延长制动时间等。基于变频器特性，当设备变频器电流突然变为饱和电流后，变频器运行功率也会超出额定功率，在运行功率超过额定功率95%的情况下，变频器便会实施自我保护动作，具体自我保护动作需要视说明书而定，但是均会导致跳闸。可见，如果设备变频器长期未运行或停运之后第一次上电，一定要控制好上电速度，从而延长加速时间及制动时间，规避过载故障。需要注意的是，如果过载情况较为严重，需要更换功率更大的变频器或电机。

3.2 过热故障

过热故障属于危害性最高的变频器故障类型，也是需要重点规避的变频器故障类型。过热故障主要表现为变频器实际运行温度超过额定温度值，会对变频器应用性能造成严重影响，如果过热故障多次发生或者是单次故障较为严重，便会降低变频器应用性能，甚至导致变频器直接损坏[5]。

过载故障处理措施包括延长加速时间、延长制动时间等。例如，某高压给水泵变频器在接入高压电源后，发生了过载故障，导致高压给水泵跳闸。通过分析，发现高压给水泵变压器由于长期未运行产生了绝缘介质变化，再加上加速时间较短，对电力系统造成了较大力度的电流冲击;由于变换器功率单元电解电容器电压不能突然变化，只能导致电流突然变化情况，使得电解电容器在运行后也会对电力系统造成电流冲击。基于变频器特性，当设备变频器电流突然变为饱和电流后，变频器运行功率也会超出额定功率，在运行功率超过额定功率95%的情况下，变频器便会实施自我保护动作，具体自我保护动作需要视说明书而定，但是均会导致跳闸。可见，如果设备变频器长期未运行或停运之后第一次上电，一定要控制好上电速度，从而延长加速时间及制动时间，规避过载故障。需要注意的是，如果过载情况较为严重，需要更换功率更大的变频器或电机。

3.2 短路故障

短路故障发生时，变频器面板上会显示“Short Circuit Fault”。短路故障处理流程如下：检查变频器内部电路是否能够保持稳定运行状态，即是否存在短路问题;如果内部电路不存在短路问题，检查功率模块是否发生故障，具体可以应用对比诊断法，即更换功率模块，如果更换模块后，短路故障得以解决，便可以确定为功率模块故障，更换功率模块即可，后续模块故障检查同样如此。尽管导致短路故障的原因较多，但是这些故障的诊断和检查难度往往较低，只要通过逐一排查发现故障位置，随后对故障内部器件进行维修或更换即可。

此外，尽管短路故障不会对变频器应用性能造成严重影响，但是如果短路故障发生频率过高，难免会对变频器正常运行产生干扰。并且，如果技术人员在变频器拆解过程中出现疏忽，导致短路故障无法被及时发现，会延长故障处理时间。为了合理规避短路故障，可以定期展开变频器短路故障排查，及时发现变频器内部电路短路隐患。由此可见，通过合理应用及定期检查，能够大概率规避变频器短路故障，需要提高对变频器后期检查和维护作业的重视程度。

3.4 过电流故障

过电流故障属于常见的变频器故障类型，过电流故障发生时，变频器面板上会显示“IOC”。变频器中可能发生过电流故障的位置较多，不同故障发生位置导致的故障表现不同，适用的故障处理措施同样不同。当变频器电源电压超过极限或缺相、输出缺相时，设备电机转矩均会减小，从而导致过电流故障。故障处理措施为及时调节过高或过低变频器电源电压。变频器参数设定值不合理会导致过电流故障。例如，某高压给水泵变频器发生了过电流故障，通过分析，发现为IO板误报，并且发现变频器电流过载保护参数设定值较低，因此更换了IO板，同时将电流过载保護参数设定值从原来的1.5调整为2。

3.5 过电压故障

过电压故障属于发生率最高的变频器故障类型，这是因为设备电机的同步转速难免会略高于实际转速，从而令电机进入到发电状态下，使得变频器输入电压有效值高于额定电压有效值[6]。如果变频器未安装相应制动单元，当变频器处于惯性负载状态时，由于减速时间较短，会在减速过程中出现电压输出速度过快的情况，惯性负载也会随着自身电阻的降低而减少，最终令设备负载驱动电机转速超过变频器输出频率对应的转速。当设备电机进入到发电状态后，变频器由于缺少能量反馈单元，会出现支路电压提高表现，一旦超过变频器电压过载保护参数设定值，便会导致过电压故障。过电压故障发生时，变频器面板上会显示“Line over voltage”。

例如，某高压给水泵变频器出现过电压故障，通过分析，发现变频器转速反馈出现问题，初步判定是电机转速未能与变频器转速同步，继续检查发现控制板件未出现问题，重新连接变频器之后，过电压故障得以解除。此外，在变频器过电压故障处理时，可以通过电压表优先检查电力系统接口板测试点的电压，因为接口板的额定输入电压值大部分为3.8V，如果变频器电压超过4.2V，便达成了过电压故障触发条件;如果测量发现变频器电压超过4.2V，可以通过变更变频器减速时间等运行参数、增加相应制动单元等方式，有效解决过电压故障。

3.6 单元件损坏故障

受到运行时间及使用频率的影响，变频器各个单元件难免会出现磨损、锈蚀、损坏等品质问题，导致单元件损坏故障，同时还会导致其他故障。单元件损坏故障发生时，变频器面板上会显示损坏单元件名称，例如，电源故障会显示“Power Supply”。

单元件损坏故障处理需要以具体的故障单元件信息为依据，针对不同故障单元件需要应用针对性检测方式，同时维修或者更换故障单元件。例如，某高压给水泵变频器出现停机跳高压情况，通过分析，发现为电源故障，根据变频器面板显示信息，首先推断故障电源单元件为直流+5V/±12V电源模块，因此检测UPS电源电压，并且重启此电源模块，随后电源单元件恢复正常运行状态。

3.7快速熔断器损坏故障

快速熔断器损坏故障发生原因有：变频器侧路电路故障、主控面板误触发、变频器部件损坏等。快速熔断器损坏故障发生时，变频器面板上会显示“Quick Fuse Failure”。

快速熔断器损坏故障的处理难度较低，只需要通过万用表检测变频器电流输出与输入情况，如果检测结果显示整流模块能够保持正常运行状态，并且变频器未出现其他类型故障，便可以判定为快速熔断器损坏故障。快速熔断器损坏故障基本无法通过维修解决，只能选择更换故障快速熔断器。

4 结语

常见的变频器故障诊断方法包括对比诊断法、故障树诊断法、自动诊断与人工诊断结合法，常见的变频器故障包括过载故障、过热故障、短路故障、过电流故障、过电压故障、单元件损坏故障、快速熔断器损坏故障等，并且不同故障的处理措施不同。由此可见，技术人员需要在掌握变频器工作原理及主要功能的基础上，不断总结适合不同品牌、型号变频器的故障诊断及处理流程，不但能够解决现阶段变频器故障，还能够为后续变频器故障处理提供技术保障。

参考文献

[1] 栾成宝.基于PLC与变频器的节能控制系统应用[J].电子技术与软件工程，2020（18）：116-117.

[2] 黄东启，单学彪，何嘉希，等.静止变频器分阶段启动控制策略研究[J].电力工程技术，2020，39（6）：184-190.

[3] 梁红梅.自动化实验台中MM440变频器常见故障的原因分析及处理[J].电世界，2020（4）：53-55.

[4] 张存辉，李雪民.多电平交-直-交变频器常见故障及处理[J].电世界，2020（8）：52-54.

[5] 谢敬青.变频器故障诊断与容错控制[J].电子技术，2021，50（11）：98-99.

[6] 金哲.变频器在大型火电厂中的应用研究[D].北京：华北电力大学（北京），2017.

[7] 田仕林.针对变频器电压暂降故障改造思路分析[J].科技资讯，2021，19（33）：42-44.

作者简介：范鹏章，（1967—），男，本科，讲师，研究方向为机电一体化。