变频器的常见故障分析及处理 过温保护
李先强
[摘 要]低压变频器是现代工业中应用的主要器件，正是由于变频器的应用交流电机才广泛应用于各种需要大范围调速的场合。本文将对变频器做简要介绍，对常见故障进行仔细分析，对各种解决措施进行分析研究。
[关键词]变频器；故障分析；维护
中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0387-01
0 引言
随着科学技术的迅速发展，变频技术已然成为现代技术发展的重要方向。现如今，变频器由于自身的种种优点已经得到广泛运用，但由于变频器是以半导体为核心的静止机器，容易受到温度、湿度、尘埃、振动等环境因素的影响，会经常发生故障，影响设备正常运行，因此，要对其定期的进行维护。
1 变频器的工作原理以及分类
1.1 变频器的工作原理
变频器是一种施加于交流电动机来改变其频率和电压值的调速装置，目前绝大多数变频器的工作原理采用“交一直一交”方案构成的变频电源。其基本结构包括主电路、控制电路、操作显示电路和保护电路四部分。其中主电路包括三个功能：首先，整流电路将交流电转换成直流电；然后，通过直流中间电路对输出的直流电平滑滤波；最后由逆变电路得到整型滤波的直流电逆变之后的交流电。控制电路用来控制主电路各部分正常工作。
操作显示电路可以进行操作、参数设置以及运行状态和故障显示。保护电路控制电源，实现对变频器、电动机以及整个系统的保护。我们知道，交流电动机的同步转速可用公式1 表示。其中，n 为异步电机的转速，f 为异步电机的频率，S 为电机转差率，p 为电机极对数。n=60f（1-s）/p （1）由式（1）可知，转速n 与频率f 成正比，只要改变频率f 即可改变电机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
1.2 变频器的分类
主要有：（1）按变换频率的方法分类：交—交和交一直—交两种变频器；（2）按主电路工作方式分类：根据缓冲无功功率的直流中间电路的储能元件是电感器还是电容器，可将变频器分为电流型和電压型两类；（3）按电压等级分低压变频器和高压变频器。低压变频器的电压等级为380-460V，其中单相为220。240V，三相220V 或380-460V：容量为0.2-280-500kW，一般称为中小容量变频器。高压变频器的电压等级为3kV、6kV 和lOkV。（4）按变频器的控制方式分类有U/f=C 控制，又称正弦脉宽调制（SPWM）控制方式；电压空间矢量控制（磁通轨迹法），又称SVI明VM 控制方式；矢量控制（通定向法），又称vC控制方式；直接转矩控制，又称DTC 控制方式；（5）按不同用途分类：除通用变频器外和高频变频器外，还有高性能变频器及为满足各行业不同应用特点而设计的专用变频器，如电梯专用变频器、起重专用变频器、风机变频器等。
2 常见故障原因分析
变频器故障分为软故障和硬故障两大类，以下对维修中最常见的过流报警和过压报警两种变频器故障原因进行详细分析。
2.1 过流报警故障
当电流过大，超过变频器的门限值，保护电路动作，使得变频器停机故障，此类故障可分为通电跳闸、启动加速跳闸以及运行过程中跳闸。过电跳闸的保护对象是变频器本身，通电时跳闸现象发生，一般不能复位，因为大多数情况下变频器的原件损坏，包括变频器模块损坏、驱动电路损坏或者电流检测电路损坏。启动升速跳闸包括负载对地短路故障、电机受冲击负载导致电流突加、电机的启动转矩过小，无法拖动、高温或者变频器功率原件老化导致的功率原件损坏。运行过程跳闸故障原因从以下两方面考虑：
2.1.1 参数设置不当
（1）升速时间设置过短。升速时间越短，频率上升越快。电机转子的转速跟不上同步速度的上升，则电机在起动过程中的转差越大，动态转矩越大，导致升速电流超过允许值，从而出现过流跳闸。（2）降速时间设置过短。当变频器的输出频率刚下降的瞬间，电机转子对应的速率降低，但是由于惯性，使得电机转子的转速超过同步转速，转子绕组切割磁场的方向和原来相反，此时，电机川渝再生制动状态。流向直流回路的再生电流将导致直流回路产生过压，如果制动电阻值太小，则放电电流太大，超过了保护值，出现过流跳闸。
2.1.2 电源问题
由于变频器电源接触器接触不良，引起工作电源缺相，导致过流跳闸。当电源缺相时，三相整流变为单相整流，桥路输出电压下降，使得电机转矩下降，电流增大，当变频器工作电流超过保护值时，导致过流跳闸。
2.2 过压报警故障
（1）来自负载侧的过电压。负载侧的过电压主要是指由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的6 个续流二极管回馈到变频器的中间直流同路中。（2）来自电源输入侧的过电压。正常工作时，变频器直流部电压为三相全波整流后的平均值。若以380V 线电压计算，则平均直流电压为513V。在过电压发生时，直流母线上的储能电容将被充电，当电压上升至800V 左右时，变频器过电压保护动作。
3 故障处理对策
3.1 过流报警故障处理
过流故障可细分为加速、减速、恒速过电流。结合实际情况，在产生过电流时采取的主要对策如下：（1）负载侧检查。负载侧问题是引起变频器过流的最主要因素，因此一旦发生过流故障，首先要考虑到负载侧问题，并且进行检查。（2）变频器参数检查。针对变频器问题，主要检查：升速时间设定太短，加长加速时间；减速时间设定太短，加长减速时间；转矩补偿（U/f）设定太大，引起低频时空载电流过大。（3）输入输出线路检查。当变频器输入缺相时，会引起母线电压降低，负载电流加大，导致保护电路动作。当变频器输出端缺相时，会使电动机的另外两相电流加大而引起过流保护。所以对输入及输出都应进行检查，排除故障。（4）变频器硬件检查。变频器的硬件问题主要包括模块坏、驱动电路坏、电流检查电路坏等。
3.2 过压报警故障处理
对于过电压故障的处理，关键是中间直流回路多余能量如何及时处理和避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内。
4 结论
变频器是工业自动控制过程中至关重要的设备，变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来改变电动机运行速度的技术，直到20 世纪80 年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，从而成为电气传动的中枢。
参考文献
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[2] 张宗桐.变频器应用与配套技术[M].北京：中国电力出版社，2017.
[3] 张燕宾.变频器的安装、使用与维护340 问[M].北京：中国电力出版社，2015.
