关于变频器过压故障原因及排除的探讨

陈士亮

摘 要：文章分析了变频器发生过压保护故障的各种原因，以及对变频器发生过压保护故障后如何进行故障定位，并同时找出解决过压保护故障的方法。

关键词：变频器；过压保护故障；电机

变频器过压保护故障是中间直流回路电压由于某种原因超过了额定值，致使变频器过压保护动作，属于常见的故障。当发生过压故障时，保护电路启动，变频器停止运行，同时在面板上显示故障代码。变频器一旦停止运行，即影响工厂正常生产，造成经济损失，那么如何对故障进行快速检修处理，以降低损失呢？以下对变频器过压保护的原因进行分析以及提出过压保护处理的方法。

1 过压保护故障原因分析

变频器过压保护是指中间直流电压峰值超过过压检测值（一般为DC800V），变频器面板显示OU，表示过压保护故障。中间直流电压过高会导致电机磁路饱和，励磁电流过大，电机发热，温度过高；同时中间直流电压升高后，变频器输出电压脉冲幅度过大，对电机绝缘造成损害，降低电机寿命，所以过压保护是变频器使用过程中必不可少的一环。

变频器中间直流回路过压，绝大部分都是由负载端引起的，只有极少数情况是由雷击以及补偿电容在电闸闭合或断开时形成的瞬间冲击电压所引起的。

通用变频器的主电路由三相桥式整流模块、中间直流回路部分以及逆变器模块三部分组成。

负载端引起的过压是指电机因为某些原因处于再生发电状态，即电机实际转速高于变频器输出转速，电机转子转速大于同步转速，负载传动系统中储存的动能则被“再生”成电能，经过逆变器的6个续流二极管D1～D6反馈至中间直流回路，对滤波电容C充电，由于整流桥中的电流不可能反向流通，因此当电机在再生发电状态下运行时，就会令到中间直流回路电压不断升高，当升高到过压检测值时，就会出现过压保护故障。

1.1 变频器减速时间设定较小及未使用减速过压自处理功能

当电机拖动大惯性负载，减速时间设定较小时，在减速过程中，变频器输出减速较快，电机减速较慢，电机转速高于变频器输出转速，电机处于再生发电状态，致使中间直流回路电压升高而过压。变频器本身具有减速过压自处理功能，出现减速过压时，变频器输出转速将不再下降，减速过程变慢，电机转速持续下降，慢慢接近变频器输出转速，发电状态消失，中间直流回路电压下降，变频器再继续减速。如果减速时间设定不合理，又没开启减速过压自处理功能，则可能会出现过压保护故障。

1.2 电机位能负载下降时，电机处于再生发电制动状态

当位能负载下降过快时，将会产生较大的回馈能量，一旦回馈能量超过了变频器能量处理单元的处理力度，也会产生过压保护故障。

1.3 电机负载突降

当电机负载发生突降时，电机转速快速上升，进入再生发电状态，短时间内产生较大的回馈能量，引发过压保护故障。

1.4 多个电机拖动同一个负载时，负荷分配不均

以两台电机拖动一个负载为例，当负荷分配不平均时，两台电机的转速必然不一样，转速较快的相当于原动机，转速较慢的则进入再生发电状态，引起过压保护，处理时需合理地对负荷进行分配控制。

1.5 变频器中间直流回路电容的容量下降

变频器随着运行时间不断增加，直流回路滤波电容容量亦将缓慢下降，对直流电压的调节程度逐步减弱，在参数不变时，发生过压保护几率就会增大。

2 变频器过压保护故障处理方法

变频器显示过压保护一般分成是经常发生还是偶然发生两大类型。经常发生过压故障的，可能是减速时间设定较小造成的，工艺流程设计不合理；对于偶然发生过压故障的，则应考虑电机堵转、突然甩负载，外部控制信号线断线，保护电路损坏等。重启变频器后故障消失的，基本属于系统软故障，而重启后故障代码依旧的，则是变频器本身硬件电路出问题。在检修时要根据故障现象来快速定位故障原因，从而快速有效地处理，以下是主要的处理方法。

2.1 从变频器内部参数设定想办法

在参数设定中，主要是两方面，一是减速时间调整修改，二是开启过压自处理功能。假如工艺流程设计中没有限定负载减速时间，可以适当延长减速时间，使负载动能缓慢释放，时间要线性修改，不宜大跨度更改，以不引起中间直流回路过压为限。

2.2 分析工艺流程，为负载突变寻找解决办法

这种方法一般适用于负载突变，电机进入再生发电状态，引起过压保护故障。对于这种情况，可以仔细分析工艺流程，找出可能导致负载突变的流程，再进行流程调整，减少负载突变发生的可能。如果流程调整也无法避免负载突变的发生，而负载突变又有规律可循，则可以通过控制系统，在负载突变前，将变频器的输出频率做出相应调整，减少负载端过多的再生能量回馈到中间直流回路，从而解决过压问题。

2.3 采用增加制动电阻的方法

小于7.5kW的变频器，中间直流回路一般都设计有控制单元和制动电阻。如图1所示，在滤波电容C两端并接制动电阻Rb和晶体管T，当中间直流回路的电压升高到超过限定值时，就会令到晶体管T导通，电路接入制动电阻Rb，将回路中的再生能量在制动电阻上转变为热能消耗掉。大于7.5kW的变频器则需根据变频器实际工作情况外加控制单元和制动电阻，可以将多余的再生能量释放掉。

2.4 中间直流回路增加电容

中间直流回路里的电容对回路电压稳定起到很关键的作用，可以提高回路承受能力。适当增大容量或者对因为长时间运行造成容量下降的电容进行更换是解决过压保护故障的有效方法。

2.5 并联直流母线吸收

这种方法适用于多电机传动系统，每台电机均需要一台逆变器，所有逆变器并接在一条公共直流母线上。系统中往往会有一台或数台电机在正常工作时处于制动状态，产生的再生能量会通过并联的直流母线，被其他处于电动状态的电机所吸收。不能完全吸收时，再通过制动电阻消耗。

变频器中间直流回路过压保护故障是变频器的一个硬件弱点，在排除此故障时，关键要根据故障现象，结合变频器参数设定、控制系统运行情况以及工艺流程，找出问题所在，然后制定解决办法。

3 维修实例

实例1：西门子 MM440 11kW

故障现象：面板显示F0002（过电压）故障

故障分析与判断：变频器接入电源，面板显示F0002过压保护故障。首先排除参数设定问题，在面板查看P2172设定值，默认为800V，没有误改动，再查看直流母线电压R0026的值为536V，没有超出跳闸电压。问题应该出在电压取样电路上，检查取样电路中电阻和电容没有出现开路、短路现象，外观也正常，变值可能性很低，再检查取样放大电路集成运放TL082输出端，发现始终输出高电平，判断已经损坏。

故障处理：更换集成电路TL082，过压保护故障排除。

故障原因：检测保护电路的电压取样电路是将直流母线电压取样信号按一定比例进行放大的，核心器件是TL082，由于TL082损坏且一直输出高电平，这个高电平就是中间直流回路电压出现过压的信号，所以当CPU接收到过压信号后，就在面板显示F0002过压保护故障。

实例2：佳灵 JP6C-T9 15KW

故障现象：变频器接入电源，面板显示OUD（过电压）故障。

故障分析与判断：变频器通电面板显示OUD过压保护故障。先检查输入电源正常，由于该变频器过压保护值出厂设置为800V，且不能通过参数设定更改，测量直流母线电压也正常，所以电源部分没有问题，那么问题就出在电压取样电路上，通过目测，发现有个分压电阻颜色微微发黄，应该是电阻发热，温度过高导致的，焊下电阻再测量阻值，发现比标称值小很多。更换上相同数值电阻后再接通电源，过压保护故障排除。

故障处理：更换分压电阻，变频器恢复正常工作。

故障原因：该变频器电压取样电路中的一个分压电阻长时间运行后发热损坏，阻值变小。分压电阻阻值变小，会令到分压比例值变小，造成取样电压上升，超出设定值，经放大电路放大后，送到CPU，导致CPU误报过压保护故障。

4 结束语

在维修变频器经验基础上，对造成变频器过压保护故障原因进行了分析与探讨，提出变频器出现过压保护故障处理方法。由于变频器在运行过程中可能会出现各种各样不同的过压保护故障现象，那么在进行故障排除时，要根据故障现象，结合变频器参数设定、控制系统运行情况以及工艺流程，对故障进行彻底分析，找出问题所在，然后找出相应的解决办法，以便快速而准确地处理过压保护故障问题，提高维修效率，降低工厂的经济损失。

参考文献

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