变频器过电压故障的诊断与排除浅析

变频器过电压故障的诊断与排除浅析

朱伍平

朱伍平

（江苏英锐半导体有限公司江苏盐城224005）

摘要：随着企业自动化程度的不断提高，变频器也被广泛的应用于企业的各功能运作当中，当然由于变频器过电压故障而妨碍企业进行正常生产的案例也随之变多，如果出现变频器过电压故障之后，维修人员不能够及时的诊断出故障的原因，就会直接延误最终的维修时间，在影响设备运行的同时也影响了企业的可持续发展。本文就变频器过电压故障出现的原因进行分析，以便维修人员快速准确地进行诊断并排除一些不必要的原因，在减少维修时间的同时也提高了整体的工作效率。

关键词：变频器过电压；故障诊断；排除

变频器是控制技术与电子技术共同发展的一项产物，由于变频器具有十分优越的调速性能，因此自从变频器进入生产之后，就得到了很多企业的应用。随着当前电子技术的迅速发展，变频器的各项性能也越来越优越。与此同时，它的控制方法也日趋成熟，各种新型的变频器不断地出现在人们的视野当中，性能比之前更加的稳定。然而在变频器进行不断发展的同时，在具体运用的过程之中也出现了很多的问题，其中一个十分常见的问题就是变频器过电压故障，在过电压出现之后，变频器内部的保护电路会直接阻断他的正常运行，使其没有办法进行正常的工作。我们应当根据不同的具体情况分析故障产生的原因，并采取相应的对策解决这些问题。

一、变频器过电压故障分析

变频器过电压通常是指在变频器工作时，直流母线电压超过规定的范围，这将直接影响到变频器一些元电器的工作安全。我们可以通过采取一种停机保护机制来避免这个问题，然而这也是在变频器设计上的一大缺陷。通常来说，变频器的电压为三相全波整流滤波后的平均值。如果在发生过电压的情况下，主电容通过充电储能获得的电压会不断地升高，这样一来变频器则会过压保护，从而保护整体运作，使得其停机，否则就会影响变频器的性能，导致变频器损坏[1]。

对于变频器来说，出现过电压引起电压跳闸主要有三方面的原因。第一，电动机出现发电现象，从而造成变频器直流母线电压升高，引起电压跳闸。第二，输入电压升高，造成直流母线电压也随之升高，这会最终导致变频器过电压跳闸。第三，谐波的干扰，由于变频器是电子元件，因此他本身就十分容易出现一些高次谐波，如果谐波电压超过直流母线电压，这也会导致过电压跳闸。

电动机回馈发电现象主要是由于有一些原因使得电动机出现再生发电的状态，这也就是电机的实际转速远高于变频频率所决定的速度，负载的传动系统中所储存的机械能会直接转变为电能，通过逆变器也会处于一种整流的状态。如果变频器没有采取消耗能量的措施，那么这些能量会直接回到电容器中，导致电压升高，出现跳闸情况[2]。

电容器回馈发点主要是由于变频器减速时间的参数设定比实际情况小，与此同时，没有使用变频器减速过电压自行处理这一功能，因此当变频器出现负载时，由于减速时间设定较小，因此在其减速的过程当中，实际的输出频率比预定值下降的速度更快，这也使得负载的惯性逐步增大。与此同时，其本身阻力减速也相对较慢，这使得电动机转速比所对应的转速还要高，电动机整体一直处于发电的状态。由于变频器本身对于能量消耗以及单元处理等方面作用较小，因而变频器直流回路电压会进一步的升高，并且逐渐超出所规定的保护值，最终出现电压跳闸的情况。

电动机的回馈发电时如果在变频器已经运行时间十分长久的背景之下，出现中间直流回路电容容量下降的情况相对来说是不可避免的，中间直流回路对直流电压的调节程度会渐渐的减弱，与此同时，如果在保证工艺状况以及所设定参数不发生改变的情况之下，出现变频器过电压跳闸的概率也会增大很多，这时需要维修人员对中间直流回路电容器容量下降情况进行仔细的排除和诊断，变频器主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压[3]。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，三相整流负载，出现的谐波电流是6n1次谐波。因此，在变频器运行的过程之中，奇次谐波引起的危害相对比偶次谐波更大，变频器产生5、7次谐波危害更大，在逆变输出回路中，大部分用PWM调制技术，输出电压信号是受PWM载波信号的调制而变成脉冲波形。对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为23kH2，而GBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHZ，同样，输出回路电压信号也可分解为只含基波和其他各次谐波。当所有谐波与基波电压超过门限电压800，并且超过所允许的时间之后，变频器报过电压故障。

二、变频器过电压故障预防方法

（一）能量消耗法

通过采用能量消耗法能够在很大程度上预防变频器出现过电压故障。我们可以采用在变频器的直流回路中并联一个制动电阻的方法，这样一来，在进行实时检测变频器运行的过程中针对直流母线的电压可以通过设置合适的数值来控制功率管，能够及时的进行通断。当出现问题时，直流母线电压会一直上升直到到达所设定的阈值，这时功率管导通，可以将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉这些多余的能量，从而在很大程度上防止直流电压继续上升。由于再生能量没能利用，因此属于能量损耗型。因为能量消耗于电机之外的制动电阻上，不会导致电机的过热，因此可重复使用。西门子S120系列变频器BLM型整单元上可以配置制动单元并联制动电阻，当直流母线电压升高到720V时，制动单元导通，将多余的能量泄放到制动电阻上[4]。

（二）能量回馈法

有些整流单元进线侧是可以逆转的，因此当能量出现时，我们可以将其回馈给进线电网，这样一来，再生能量可以最终得到利用，SLM电源模块具备电网回馈的能力，当负载制动致使直流母线电压不断出现升高这一情况时，SLM电源模块可以把多余的能量自动回馈给进线电网，这样一来，可以真正保证母线电压始终维持在一个正常的范围。然而想要使用这一办法对电源的稳定性要求较高[5]。

（三）激活直流母线控制器

应对直流侧过压这一问题，变频器控制单元可以充分的应用内部PD算法，从而在保持直流侧电压不高的前提之下，自行给出频率，当电机转速有低到设定的限值以内后，可以继续按照斜坡进行稳定。此种方法主要适合于由于负载转动惯量大造成的过压[6]。

结束语：

综上所述，当我们发现变频器出现故障的时候，那么作为变频器的相关维修人员可以根据本文所介绍的对变频器过电压故障进行诊断和排除查找出了故障的维修方法，尤其是针对应用于天然气、压缩机等较大型的设备，更应当采用多种查找、维修的方法进行问题的发现、排除与解决，只有这样才能够在缩短故障诊断排除时间的同时也提高了进行变频器维修的整体效率。

参考文献：

[1]徐敏超.浅析高压变频器电压故障的原因及处理方法[J].科学技术创新，2018（32）：57-58.

[2]石磊，高振林，郭猛.变频器过电压故障分析处理[J].电子技术与软件工程，2018（19）：241.

[3]杨培伦，刘俊啸，唐涛.变频器过电压故障的诊断与处理[J].河北企业，2018（10）：155-156.

[4]古文彬.关于变频器的过电压故障分析[J].企业技术开发，2014，33（17）：90-91.

[5]邓希顺.变频器过电压故障的原因和解决方案[J].电子技术与软件工程，2013（20）：132.

[6]孙振泉.一起高压变频器功率模块过电压故障的分析[J].电世界，2013，54（11）：30.