试论变频器过流故障原因与其解决措施
摘 要 随着我国工业的不断发展，越来越多的先进技术与产品开始应用于各个生产领域中，极大地提高了生产效率，节约了能源。变频器是一种常见的器件，由于应用环境与供电电压存在一定的复杂性，所以一般都需要有过流保护，它主要是对电流的峰值是否超过标准值而进行检测，出于对更多元器件的保护，变频器过流保护非常有必要。本文通过对变频器的过流保护故障原因进行分析，并结合案例提出一定的意见建议与解决措施，以供参考。
【关键词】变频器 过流 解决 原因 保护
1 引言
随着现代科技的不断发展，交流变频技术开始在现代电力设施中应用更加广泛。变频器在现代控制理论中已经取代传统的滑差调速，在工业领域与日常生活中体现出了越来越多的实用性。基于变频器的各种优势，得以广泛应用后，其维护保养工作显得相当重要。从总体上来看，变频器的使用寿命一般不高，容易出现一些故障。过流故障是一种典型的故障类型。一些电源输入时由于环境的变化，有可能会带来电流值的突然上升或下降，为了不使一些敏感元器件遭受高电流破坏，需要采用一定的保护措施，过流保护是一项常用的保护技术，不同的过流保护值也会有所不同。变频器则会显示超出以表示过流。通过对电流的检测可以有效保护逆变器等过载承受能力较差的器件。
2 变频器过流故障检查与现象
随着电子技术、计算机信息技术以及自动控制技术的不断发展，变频器在工业领域应用中为企业的发展带来了极大的便利。变频器的功能越来越多，运用的环境也不断复杂多变，由于多数操作人员对变频器结构的不了解，对于变频器故障发生时也难以进行判断与处理，造成了对正常生产的影响。变频器常见的故障类型主要是过压、过流、过热与参数设置问题等。本文主要针对变频器的过流故障类型进行分析，分析过流故障出现的原因，采取相应的措施进行解决。
变频器的主要功能是把工频电源转变成各种满足需要的频率电源，实现电机的变速控制。变频器的主要结构由整流器、中间电路、逆变器与控制电路组成，各个部分都有其功能与作用。变频器的结构图如图1所示。
变频器出现过流后，会在显示器上进行OC显示，提醒操作人员，此刻过流，需要采取一定的措施进行保护，避免对元器件造成影响。通电后，变频器突然出现过流的问题，需要对电动机内部进行检查是否存在短路的问题；另外在变频器的输出端与电动机间的连接线是否出现短接的问题。这种短接问题还包括变频器的输出端接地问题。在变频器未接入电动机，显示面板有电流显示时，对霍尔传感器进行测试，确定某一相传感器坏时再拆一相传感器来看一下是否会有电流显示，通过试验来对过流故障进行排除。在起动时也会有过流的现象出现。
某公司一台J9-200KW变频器用于离心风机，电机静止启动时容易出现过流保护，若在电机自由慢速运行时，变频器不能启动，并出现FL故障代码，经检查模块与驱动电路没有异常现象，可能出在过流信号处理这一部位，将三路互感器拆下后发现V相互感器直流电阻明显比其它两只低。将此元件从机器中拆除，故障排除。
变频器的过流故障可以分为加速、减速、恒速三种情况下的过电流问题，有可能因为加速时间短、负载变化、分配不均、输出短路等问题，需要通过相对应的解决办法进行改善。通过延长加减速时间、降低负荷的突变、增加耗能制动元件、对线路进行检查的方式寻求改善。在断开负载变频器后，依然存在过流故障，说明变频器逆变器故障，需要及时对变频器进行更换。
3 变频器过流原因分析
3.1 内部原因
3.1.1 参数设定问题
变频器的负载惯性较大，而在变频器的内部设置升速时间与降速时间设定太短时，就会引起过流的问题。在提速的过程中，变频器的频率上升较快，电机的同步转速上升，而转子的转速却因为负载惯性无法上升太快，导致升速电流过大，在降速的过程中，同样如此，由于负载的惯性，转子仍然保持着较高的转速，使转子绕组切割磁力线的速度过大造成过流的问题产生。
3.1.2 自身工作不正常
变频器自身工作不正常也会导致一些异常故障发生。如逆变桥中的同一桥臂的两个逆变器件在交替工作中发生异常、环境温度过高、逆变器元器件老化问题。在交替工作 ，一个器件导通，而另一个器件未有及时关闭，在同一桥臂上，两个器件直通问题，就会使电压的正负极处于短路状态，造成显示过流的产生。
在变频器一上电或一运行就出现过流的原因往往也是因为内部故障引起的。变频器的负载正常时出现的过流是因为检测电路本身发生故障，类似于短路故障存在。其中电流传感器、取样电阻或检测电路都有可能会发生故障，如果出现正弦波波形不对称或无波形时就可以判断，传感器发生损坏故障，需要及时进行更换。
3.2 外部原因
3.2.1 电机负载突变
在电机运行过程中，受到一些外界因素干扰或者电机本身的故障，导致传动机构或轴出现卡住的问题，电机一旦卡住，交替在电动机的电流上体现出突然增加的现象。例如，某公司使用的西门子某变频器，在某天的电流值为120A时，频率为10HZ左右，持续6秒后，变频器跳闸，原本工作正常的电机，发生堵转故障。对电机与电缆进行检测后，发现都正常。电机也未发生卡住的问题。当重新试车时，变频器输出电流为40A时，不久发生类似故障。对变频器输出端连接测试未发现异常。对变频器参数进行修改，增大电流，电机在运行五个小时后，报过流故障，发现电机的绝缘损坏，定子绕组对地，更换电机后，恢复变频器参数，电机运行正常。经过分析，主要是电机的驱动端轴承保持架发生严重损坏，滚珠脱落，电机轴承破坏后，出现偏心问题，在启动时将会出现偶尔卡住问题。
3.2.2 连接线、接地短接
在变频器的输出端与电动机相连接时发生了相互短路问题，电动机内部线路间存在短路的问题，或者二者的接地短路，电动机内部发生了接地问题。这些都有可能会导致变频器发生过流的问题。
3.2.3 电机电缆选择
在上文的锅炉案例中，引风机电缆存在问题导致过流的产生。引风机电缆铺设时间长，接线端子采用铝制结构，二者采用压坑式连接方法，而没有采用压线钳压接方法，在长时间的运行振动工作后造成电缆连接不再可靠。在电机电缆任一相发生虚接时，另外两侧的电流就会增大最高2倍，变频器如果设置为电流超过一倍1秒时跳闸，则对上述现象描述相吻合，报过流故障。
3.2.4 有相关装置作用
在变频器的输出侧有无功率因数矫正电容或者浪涌吸收装置时，会对变频器线路形成一定的影响，经验表明有可能会产生过电流报故障，另外如果在负载电机上装有测速编码器时，其信号丢失的话也可能会引起过流。
3.2.5 外部电网波动造成的假过流故障
某公司的变频器发生进线电源的空开频繁跳闸问题，每天下午四点出现，持续15分钟，在两天后消失，一个月后复现，经过分析为外部电网不稳定引起的。经过核实供电线路上，铁路部门的电气化铁路试运行，我国铁路采用单相工频交流25KV牵引供电制式，试运行将会导致三相电源电流不对称，而公司的变频器恰恰具有单相电流不平衡检测功能，所以造成了空开跳闸问题。
4 过流解决办法
4.1 负载检测
对于变频器的过流保护，首先需要对其负载进行检测。一是对工作机械是否流畅性进行检查，查看电机是否存在卡住、堵转的问题，排除电机负载突变造成的过流问题；二是对负载侧的短路问题进行检查。电机与电机电缆间的相间与相对地的绝缘破坏都会造成匝间或接地短路，要通过兆欧表对对地与相间进行检查，排查是否存在短路。三是对电机的起动转矩进行检查，如果转矩过小将有可能无法带动拖动系统，在进行电机电缆选择时要按照电机的漏抗、耦合电抗要求进行选型。在变频器的输出侧有功率因数矫正电容或者浪涌吸收装置时，要进行撤除处理。在负载电机上装有测速编码器时，信号丢失也可能会引起过流，需要对编码器、电缆进行检查。
4.2 变频器本身的检查
变频器的自身故障主要包括模块坏、电路坏、电流检测电路故障、参数设置问题等。当电流互感器坏时，变频器主回路送电，变频器未起动时，电流显示变化，此时可以对互感器是否良好进行判断；二是对主电路的接口板、电压检测通道损坏情况进行检查，三是对一些电缆的插接件的牢固情况进行检查，避免信号线接触不良；四是对电路板损坏情况进行检查，此时要对环境进行检查，避免一些导电性的固体颗粒附在电路板上造成静电损坏，另外就是电路板的零电位与设备外壳连在一起，柜体与地焊接时会产生大电弧，造成电路性能下降，再就是因为接地不良问题造成电路板损坏。
当确认变频负载与本身均无故障表现时，就要怀疑变频器的参数设定。变频器的参数设定问题主要包括加速时间短、PID调节器比例与积分时间参数不合理、超调过大等。对于升速时间短的设置，要加长加速时间，减速时间设定短的也要进行加长处理，转矩补偿设定太大的要降低，避免在低频时空载电流过大。
4.3 输入输出线路检查
缺相问题也是非常容易引起过流保护的。当缺相时，将会引起母线的电压降低，负载电流过大，引起保护，当变频器的输出端缺相，将会使电动机的另两相电流过大，造成过流保护，所以需要对输出与输入进行全面检查，从而对故障进行排除。
5 低压煤浆泵电机变频器过流故障对策
某公司煅烧回转窑建于2005年，拖动系统利用变频器进行调速控制，变频器的工作频率在40HZ左右，使用普通三相异步电动机，负载电流在68-92安之间，在降温期间，要求保持超低速运转，频率为5HZ，在某天，小窑进行检修，大窑在超低速一个小时后进行停窑保温，三时在大窑拖动电机启动时，发生操作室内的部分低压用装置冒烟问题，经过分析有可能是因为供电系统电压突然升高导致，随后各相供电电压进行测试，均未发现问题，发现控制台的箱体内有明显焦糊味，多个指示灯损坏，UPS跳闸，PLC电源模块烧坏。大窑控制变频器本身未发现异常损坏情况，供电系统中的变压器线路无异常，在采取监测手段后，对大窑变频器进行重新启动，但异常现象重新出现。供电系统的单相电压升至280V左右，窑体没有任何转动，所以需要对电机的接线进行检查，打开接线盒，发现绕组变黑，机壳有异味，三相绕组对地绝缘电阻分别为0、12M欧与16M欧。
由于案例中变频驱动电机绝缘损坏现象发生概率极低，需要对现场进行全面检查。测得电机接地保护线与供电系统的零线相通，大窑电机接地保护线与变频器柜体相连，变频器柜体与供电系统零线相连，此种接地方式造成了电气设备的重复接地。经过分析，确定故障基理：变频器控制的电机绕组绝缘被损坏之后，变频器启动时，三相低频交流电压通过电机动力线、电机铁心与零线叠加到供电变压器低压侧的工频三相电源上，不同频率间的电源出现叠加，变频器容量越大，叠加后的电压越高，危害程度越大。
变频器在长时间运行于5HZ，电机冷却风扇低速运行，电机严重过热，从而导致定子绕组绝缘被烧坏，在更换电机后，未出现以上情况。为避免这种情况再次出现，需要对接地方案进行重新改造。变压器中的零线与窑机体接地实现相互独立，避免构成大电流通路。
6 结语
随着现代科学技术的不断发展，变频器与UPS电源等具有逆变功能的电源器件广泛应用于工业控制中，对于自动化控制起着重要的作用，但在工作异常时却会对其他的设备造成较大的影响。在实际的应用中，要加强对变频器的维护、维修工作，加强安全意识培训，提高技术分析能力，掌握故障发生规律与机理。变频器产生故障的原因非常多，形式多种多样，甚至有一些故障难以想象是由于某种原因所导致，所以需要在平时不断深入对变频器的了解，对过流故障原因进行深入分析，结合本身的装置参数、控制系统与检测电路等，对过流故障进行全面分析，制定出解决办法，同时做好预防工作，定期进行系统设备的维护与保养，形成规范化执行制度，提高变频器的应用效果，为我国工业领域的自动化控制做出贡献。
参考文献
[1]张浩，郝培军，常书江.变频器常见故障原因分析及处理[J].华电技术，2009，02：40-44+73.
[2]李方园.变频器的故障排除第2讲变频器过流故障及案例分析[J].自动化博览，2009，04：50-53.
[3]翟世宽，刘平.变频器过电流故障原因分析与处理[J].电工技术，2013，02：35-36.
作者单位
广东省粤东商贸技工学校 广东省梅州市 514031
