變頻器常見故障報出機制及處理措施

張旭梅

（中冶南方（武漢）自動化有限公司，湖北武漢 430223）

隨著變頻器的應用越來越廣泛，特別是一些生產線上的變頻器一旦發生故障會導致整條線產出次品廢品或者處于停工狀態。故一些相關維護人員必須了解變頻器各種故障的報出機制，才能有利于高效定位故障和解決故障，恢復生產，降低損失。

本文主要闡述變頻器中一些常見故障的報出機制及排除故障的方法。

1 常見故障報出機制及處理措施

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。為了更好的保護變頻器，一般來說，變頻器對過流故障是實行的多級保護。根據過流的嚴重程序，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，硬件過流點是遠低于功率模塊過流點，但高于軟件過流點，且從反應速度來說，硬件封鎖的快于軟件。

功率模塊過流的報出機制一般如下：硬件設計上當IGBT導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），會觸發光耦原邊的FAULT 信號發生翻轉，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行響應，立即封管停機。

硬件過流的報出機制一般如下：使用硬件比較電路，當檢測到電流大于硬件過流點時，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行響應，立即封管停機。

硬件過流原理圖參考如圖1。

圖1

軟件過流的報出機制一般如下：軟件采樣到三相電流后計算得到有效值，將該有效值與軟件過流點進行比較，如果大于軟件過流點，則報出軟件過流故障，封管停機。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進行過流故障的排查與解決：

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

（2）如果可以復位，可以考慮當前是否工況發生了一些變化，比如短時堵轉導致瞬間電流過大。如果是外部意外導致的，可排除這種情況以便維護變頻器的穩定運行；如果工況發生變化，確實類似負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，或調節速度環及電流環PI 參數以優化變頻器的控制性能，或者開啟過流失速功能（注意該功能可能導致加速時間與預期不一致，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）如果可以復位，且外部工況并沒有發生任何變化，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行流程中的電流大小，如果運行平穩并無大電流沖擊情況，可考慮是否干擾信號導致，可從接地等方面進行線路的排查。

（4）如果是調試階段，運行就易報過流，則可先檢查變頻器及電機參數設置是否正確，電機的功率與變頻器功率是否匹配，若設置都正確且功率匹配還是報故障，可執行動態參數辨識操作，從而盡可能保證電機參數的準確性。

（5）如果是VF 控制模式下起動報過流，可考慮轉矩抬升量是否過大，可適當調小轉矩抬升量；或者VF 曲線設置是否不合理，可適當調整曲線設置。

（6）如果是電機自由旋轉過程中起動，也可能導致過流，此時可考慮等電機停穩之后再起動，或者設置起動方式為轉速跟蹤起動。

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。為了更好的保護變頻器，一般來說，變頻器對過壓故障是實行的多級保護。根據過壓的嚴重程序，一般可分為：硬件過壓和軟件過壓。

一般來說，硬件過壓點高于軟件過壓點，且硬件封鎖的反應速度快于軟件。

硬件過壓的報出機制一般如下：使用硬件比較電路，當檢測到母線電壓大于硬件過壓點時，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行響應，立即封管停機。

硬件過壓原理圖參考如圖3。

圖3

軟件過壓的報出機制一般如下：軟件采樣到母線電壓值后，與軟件過壓點進行比較，如果大于軟件過壓點，則報出軟件過壓故障，封管停機。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進行過壓故障的排查與解決：

（1）如果工況中確實對電網回饋能量較大，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）如果工況中對電網回饋能量較小，可以考慮延長減速時間來降低對電網的能量回饋，或者調節速度環及電流環PI 參數以優化變頻器的控制性能。

所謂設定信用額度，即由廠家針對不同交易經銷商設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行。經銷商不可能全都是可靠，總會有一些不講誠信的經銷商，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農資公司對經銷商設置了一定的信用額度。

（3）如果工況中對電網回饋能量較小但是有瞬時的沖擊（如突卸重載等），并且對停機時間位置沒有嚴格要求，可使能過壓失速功能。因為該功能可能引起變頻器長時間無法停機，故需要謹慎使用，某些停機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運行，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出機制可能不一樣，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，則報故障封管停機或報警提示用戶。

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1無問題，又沒有發現輸入電源斷開了，可重點監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出機制可能不一樣，大致可分為以下兩種：一種是熱積累計算方法，根據變頻器的整體設計，軟件通過電流等要素計算一定周期內變頻器的熱積累值，與設計閾值進行比較，如果超過就會報出變頻器過載故障封管停機。另一種是反時限法，即根據變頻器設計的過載曲線，軟件中計算出多大電流能夠過載多長時間，然后通過計時，達到計時時間后就會報出變頻器過載故障封管停機。

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行變頻器過載故障的排查與解決：

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

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

1.5 電機堵轉

電機堵轉也是變頻器偶爾會報出的故障之一。

電機堵轉的定義通俗來說就是變頻器自身目標是讓電機運行到一定的速度，然后出了很大的力，電機卻無法正常運行起來，而是一直運行在堵轉范圍。電機堵轉示意圖如圖7。

圖7

電機堵轉故障的報出一般需要同時滿足以下幾個條件：

（1）轉矩電流反饋值大于設置的電機堵轉閾值且持續時間超過設置的堵轉時間；（2）在此期間，實際速度小于設置的電機堵轉頻率；（3）變頻器不是VF 控制方式，因為VF 控制方式沒有反饋速度，故無法知道電機是否正常運行。

一般來說，我們可以從以下幾個方面進行電機堵轉故障的排查與解決：

（1）檢查電機是否真的因為外力原因導致速度運行不起來，有的話，排除相關外力因素。

（2）按照現場需求調整堵轉頻率和堵轉電流閾值參數的值。

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

2 結論

本文主要分析了變頻器日常使用中經常會碰到的一些故障，從設計方面闡述了故障報出的機制，從使用方面闡述了故障報出后的排查思路，對變頻器的日常使用及維護具有實用價值。