变频器故障处理

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1通过修改参数码排除故障

当变频器工作中出现了故障跳闸，同时要伴随着故障报警。操作面板上的显示屏同时显示出故障代码，根据故障代码，可确定故障的类别。参考变频器使用说明书，通过修改参数码，可排除故障。

1.1 参数设置

变频器操作面板是最重要的人机操作界面，它不仅能够实现参数的输入功能，还能实现频率、电流、转速、线速度、输出功率、输出转矩、端子状态、闭环参数、长度等物理量的监控，以及对这些物理量进行存储与修改。通过变频器的故障报警显示，对上述物理量进行适当修改，排除变频器的有关故障。下图所示为三菱和艾默生变频器的操作面板。





2 过压问题的处理

1.过压问题的提出

变频器过压是由电压输入端和电动机输出端的外电压超标造成的。电源超压多以雷击、电网故障、自备发电机电压超标等原因造成的。故障鉴定容易。

回馈电能造成的超压判断较困难。


2.输入端过压

输入端过压轻则跳闸，重则损坏变频器内部电路。


案例1：变频器防雷

案例分析：雷击分为直击雷和感应雷。直击雷是雷电直接落在雷击物上，产生的破坏最大；感应雷是雷电产生的电磁波在导体上产生的感应高压，使连接到导体上的电器过压而损坏。

在电网上，已经安装了多级避雷器，但前级雷电的残存电压或变频器附近的雷电感应电压仍然会对变频器造成破坏。

解决方案：在变频器控制柜中安装进线避雷器。

进线避雷器可采用电源防雷模块，滑道安装，并联接地。该避雷器模块为间隙放电，冲击放电电流15kA(10/350μs) ，工作电压250V。也可以采用在电源线上并联压敏电阻防雷。


2.输出端过压

主要是电动机发电效应形成的过压。


   由上图分析可知：只要是电动机的转速大于变频器的输出转速，电动机就产生发电效应，给变频器充电。

    在工程上，变频器过压现象是复杂的，但我们循着电动机只要出现了发电效应，必然受到了外界能量干扰，只要找出外界对电动机的干扰，问题就解决了。

  4.过压案例分析

  案例2：茶叶机变频器恒速运行过压

   某茶叶厂使用两台三菱变频器FR-E540-2.2K-CH（2.2KW）变频器，控制两台6CBC型八角炒干机（如图所示），其中一台变频器一直运行良好，另一台变频器运行中偶尔出现EOV2恒速过压故障。后用户将此变频器功率换高一档为3.7KW，变频器仍然会出现EOV2故障。



案例分析：茶叶机变频器恒速运行过压

由于变频器能在复位后正常运行，所以应重点检查变频器在运行中的电压变化情况。测量变频器FR-E540-2.2K-CH的直流母线电压UPN在恒速运行过程中电压偶尔有上升现象，当电压达到760V时变频器报EOV2（恒速过压故障），从此现象可以看出此台八角炒干机在恒速运行过程中，是由于机械部分重心不稳而出现再生回馈。



案例分析：茶叶机变频器恒速运行过压

变频器上电后，重新修改以下参数：

☞    Pr.30: 再生功能选择为“1”

该参数根据实际情况进行设定，即“0”为无能耗制动组件或外接制动单元的方式进行能耗制动，而“1”为有能耗制动组件。

☞    Pr.70:制动使用率为10％

制动使用率根据实际情况选择为10％。当Pr.30为“0”时，Pr.70没有显示，制动使用率固定在3％。另外，Pr.70必须设定在所使用的制动电阻发热功率内，否则会有过热的危险。

案例3：工频泵停机变频泵过压跳闸

某水务局一台100KW工频泵和一台160KW变频泵并联为市区供水，当100KW工频泵拉闸停机时，变频泵报过压跳闸。



案例分析：工频泵工作时，水流在管道中高速流动，形成很大的惯性。当工频泵突然停止，管道中产生负压，形成空化现象，负压将水从变频泵中吸入，推动叶轮转动，使电动机的转速高于变频器的输出转速，电动机产生发电效应。

解决方案：在变频器上加装制动电阻。

4 变频器过流故障的排除

4.1 过流分析

     变频器出现过流保护跳闸，是因为变频器中电流的峰值超过了过流检测值(约为额定电流的150—200％，不同变频器的保护值不一样)，变频器则显示“OC”表示过流，由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过流保护是至关重要的一环。过流的主要原因有：

    1.起动过程中引起过流跳闸

    因为负载的惯性较大，变频器的加速时间设置的较短，引起起动跳闸；负载的静摩擦力较大，起动力矩大；其他原因引起起动跳闸。起动过流跳闸的特征是：重新起动时并不立即跳闸，而是在加速时跳闸。

起动过程中跳闸一般可以通过参数设置就可以解决。

2.频率上升到一定值过流跳闸

1）变频器启动负载重

设置低频转矩补偿，提高启动转矩

2）电动机匝间短路。

根据具体情况进行区分，如电动机在启动中没有过载情况，就要考虑电动机是否有问题。


3.正常工作中负载引起过流跳闸

   当正常工作中变频器经常过流跳闸，一般为负载不稳定。不管是冲击负载还是非冲击负载，只要是过流跳闸，首先要检查变频器的过流值是否达到了变频器的容限电流，如果达到了容限电流，就要考虑更换高一级的变频器。

4.外电路短路造成过流跳闸

   电动机绕组短路、接线短路、接线端子短路等引起的过流，是最危险的一种过流，因为电流的陡度大，极易造成功率模块的损坏。该种过流的特征是：变频器运行就跳闸，不能工作。遇此情况，不能屡试，要认真检查外电路是否有短路故障。

5.内部电路损坏过流跳闸

特征为：一上电就跳闸，一般不能复位。主要原因是模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏。

4.2  故障案例

案例4：变频器过流跳闸

故障现象：一金属加工企业变频器改造项目，用一台75KW变频器拖动一台75KW电动机。变频器一运行就跳“OC”，不能工作。

故障检查：根据变频器跳OC现象分析，因为是空载起动，不像是起动过电流，怀疑电动机有问题。将电动机接线断开，重新起动，变频器工作正常。测量电动机绕组电阻，没有短路现象。将电动机接到工频电路，工作正常。后将电动机又接回变频器，仍然跳OC。

故障原因分析：将电动机分解，发现电动机绕组有短路烧痕，判断为电动机匝间短路。因为电动机为工作多年的老电机，绝缘程度大大下降，变频器的输出波形又为PWM波，造成电动机匝间局部短路。重新换一台电动机，故障排除。

在设备改造时，要注意老电动机的绝缘是否下降，如不能适应变频器的要求，就要采用变频器专用电动机或新电机。

案例5：电动机过流

案例现象：某水务局一台变频水泵，当变频器输出频率达到16Hz时变频器过流跳闸。

案例分析：因为变频器驱动的是水泵，水泵按平方率特性曲线输出，不会在某频率出现过载情况。那么变频器过流另有原因。断开电动机，空载运行正常（该变频器可以空载运行），再接入电动机，仍然在16Hz左右出现过流跳闸。换一台电动机，运行正常，说明过流是电动机故障。

案例处理：分解电动机，发现电动机绕组有短路现象。原来变频器的输出频率上升时，电压也在上升，当电压上升到匝间击穿电压时，变频器过流跳闸。

   案例6：换热加泵时变频器过流

    某用户用一台西门子MM440系列22KW变频器来控制纺织车间集中供热换热系统（如图所示），在停机加泵时总是出现F001过流故障。


案例分析：    用户现场检查参数发现，变频器的停车方式为OFF1（即变频器按照选定的斜坡下降速率减速并停止），这也就意味着变频器在从运行频率减速到0Hz过程中，始终是有电流输出的，并因负载过重而过流跳闸。



故障排除：因为是停车阶段过流，可采用两种方法解决，一种是加长变频器的减速时间；一种是将变频器设置为自由停车。本例为将变频器修改为自由停车。

将命令数据组参数 P0701=1修改为P0701=3，当停车命令到来，变频器输出为零，电动机自由停车。



5 过载的原因及处理

电动机在运行中，运行电流超过了额定值但又小于过流限定值，运行时间又较长，称为过载。过载的基本特征是：电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不形成较大的冲击电流（否则就变成过流故障），过载的另一个显著特征是有一个时间的积累过程，当积累时间达到时才报过载故障。



5.1 过载原因分析

过载发生的主要原因有以下几点：

1. 机械负荷过重  

其主要特征是电动机发热，用手触及电动机的外壳，明显发烫；也可从变频器显示屏上读取运行电流，与电动机的额定电流进行比较，判断过载情况。

2. 三相电压不平衡

引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸，其特点是电动机发热不均衡，从显示屏上读取运行电流时不一定能发现(因很多变频器显示屏只显示一相电流)；有效的方法是用电压表测量变频器的三相输出电压，以判断变频器是否缺相或电压不平衡。

3. 误动作  

变频器内部的电流检测部分发生故障，检测出的电流信号偏大，导致过载跳闸。

5.2  过载故障的解决对策

1. 检查电动机是否发热

如果电动机的温升不高，则首先应检查变频器的电子热保护功能预置得是否合理，如变频器尚有余量，则应放宽电子热保护功能的预置值。

如果电动机的温升过高，而所出现的过载又属于正常过载，则说明是电动机的负荷过重。这时，应考虑能否适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比。如果传动比无法加大，则应加大电动机的容量。

     2. 检查电动机侧三相电压是否平衡

    如果电动机侧的三相电压不平衡，则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡，如也不平衡，则问题在变频器内部。如变频器输出端的电压平衡，则问题在从变频器到电动机之间的线路上，应检查所有接线端的螺钉是否都已拧紧，如果在变频器和电动机之间有接触器或其它电器，则还应检查有关电器的接线端是否都已拧紧，以及触点的接触状况是否良好等。

5.3 过载案例分析

案例7： 一台富士FR5000G11S 、11KW变频器拖动一台Y2-132S-6、7.5kW电动机，投入运行时，频繁跳过载，显示“OLU”。

故障检查：现场检查机械部分是否卡死，盘车轻松，无堵转现象；又参考变频器使用说明书，检查变频器的参数，经检查，偏置频率原设定为3Hz，变频器在接到运行指令但未给出频率控制信号之前，电动机一直接收3Hz的低频运行指令而无法起动。经测定该电机的堵转电流达到50A，约为电动机额定电流的3倍；变频器过载保护动作属正常。修改变频器的参数，将“偏置频率”恢复为出厂值(0Hz)，电动机起动恢复正常。

故障分析：变频器的频率偏置设定如图，属于正偏置，当给变频器加上运行信号，控制信号还没有加上时，变频器输出3Hz频率( Y2-132S-6 额定转速960r/min，转速差为40r/min),此时电动机没有起动，实际转速差为3×60=180r/min，说明电动机的起动频率偏高，电动机还没有起动时已经形成过流。该变频器的频率偏置参数应设置在1Hz以下(低于额定转速差40r/min)。该变频器没有报过流的原因是因为变频器的容量比电动机的大。


  案例8：水泵变频器过载

   某供水单位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)变频器拖动水泵负载，使用过程中变频器经常报E013故障(过载)，检查故障电流记录58A(变频器额定电流60A)，经查说明书：风机、水泵变频器过载能力为：110％ 额定电流1分钟，为 什么该变频器工作电流小于额定电流就报过载呢？


案例分析：经现场了解和查看，发现水泵负载长期工作在48Hz，电流长期在58A左右，报E013的原因为变频器带载能力不够，需要更换更高一级的变频器，即更换为TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37KW）

为什么会做出变频器带载能力不够的结论呢？原来变频器的过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。 本例机型为P型机，其P型机反时限曲线如下图，当变频器输出电流达到95％持续时间达到1小时时，即报“E013”。当变频器输出电流达到110％、持续时间达到1分钟也同样报E013。


6  缺相故障的原因及处理

6.1  缺相故障的原因分析

    变频器有单相220V和三相380V之分，输入缺相只存在于三相产品中。图所示为变频器主电路，R、S、T为三相交流输入，当其中的一相因为熔断器或断路器的故障而断开时，便发生了缺相故障。



      1. 正常情况

    当变频器正常工作时，直流母线上的电压     如图所示，一个工频周期内将有6个波头，此时直流电压       的最大值为537V，平均值为515V，最小值465V。对于一个7.5KW的变频器，其滤波电容容量一般为900     ，当满载运行时，电压降落大约为40V，即平均电压为500V左右。当滤波电容容量下降，满载时平均电压会低于500V。


     2.  缺相情况

    当输入缺相时，一个周期内只有2个电压波头，且整流电压最低值为零。此时电压的平均值为342V，比正常情况低了170V。但当空载时，因为有滤波电容，仍可使直流母线上电压达到500V以上。当变频器一带载，电压随负载的增加迅速下降，当频率上升到十几Hz，电压下降到400V以下。最好的 判断方法是用电压表测量开机时直流母线电压的下降情况。


变频器缺相，分为外电路缺相和内电路缺相。外电路缺相一般电工就可以处理，内电路缺相就要进行解体维修，技术难度较大。正确判断变频器内部缺相或外部缺相是一项重要的工作，他可以区分缺相故障由谁来处理。

判断缺相最简单的方法就是进行交流输入端子电压的测量

6.2 变频器缺相案例分析

案例9：变频器起动后跳“LU”

案例现象：一台富士FRN11G11S变频器在频率上升到15Hz以上时，“LU”欠电压保护动作。

案例分析：变频器欠压故障是在使用中经常碰到的问题，主要是因为主回路电压太低(220V系列低于200V，380V系列低于350V)或变频器自身原因。变频器自身的主要原因有：整流模块某一路损坏、滤波电容容量不足；其次是主回路接触器损坏，导致直流母线电压损耗在充电电阻上而导致欠压；再有就是电压检测电路发生故障而出现欠压问题。

案例检查：首先检查输入侧电压是否有问题，然后检查电压检测电路。从整流部分向变频器电源输入端检查，发现电源输入侧缺相，由于电压表从另外两相取信号，电压表指示正常，没有及时发现变频器输入侧电源缺相。输入端缺相后，由于变频器整流输出电压下降，在低频区，因充电电容的作用还可调频，但在频率调至一定值后，整流电压下降较快、造成变频器“LU”跳闸。

接通断相电路，试机正常。


   案例10：某塑料挤出机，采用艾默生TD2000-4T0550G变频器作为主驱动，在运行过程中，听见变频器内有异响，但变频器能继续运行。怀疑变频器有问题，但无任何故障代码，停机后仍能继续运行。用钳型电流表检查输入进线电流，发现其中一相基本无电流，但变频器未报E008输入缺相故障。



电路检查：检查变频器的所有故障代码，均无输入缺相E008故障。

检测变频器主回路，发现其中一个整流桥有炸裂痕迹，用万用表检测D2/D5，发现“二极管正向不导通，反向也不导通”，即变频器缺相。



图中：

1—接触器2—滤波电容3—整流电桥4—热敏电阻5—整流桥风扇6—IPM

7—驱动板8—工频变压器9—限流电阻10—IPM风扇



8 其他故障的排除

8.1 电磁干扰故障的排除

1.变频器干扰分析

    变频器的干扰问题一般分为：变频器自身干扰；外界设备产生的电磁波对变频器干扰；变频器对其它弱电设备干扰3种情况。

    变频器的干扰途径为：传导干扰、电磁波辐射干扰和磁场耦合干扰。在变频器的外部控制设备上和控制信号线上产生干扰信号，这个干扰信号和控制信号相叠加，进行变频器的控制。因此，电磁干扰多反映在变频器的运行控制上。如电动机在运行过程中突然停机，电动机运行时快时慢，运行速度不稳定，电动机停不下来，按钮不起作用等等，这些都是变频器可能受到干扰的具体体现。

干扰途径



变频器受到电磁 干扰的主要原因是变频器的屏蔽不良。一是电源线屏蔽不良，PWM波辐射严重；二是控制设备、信号线屏蔽不良，感应进了干扰信号；三是没有合理的接地，四是工频电源的干扰谐波传入了控制设备。从发生的电磁干扰案例分析，问题主要出现在上述四个方面。

当判断变频器为电磁干扰，首先检查变频器的接地情况，信号线的屏蔽情况和走向，电源线是否进行了屏蔽，是否套入共轭磁环，是否接入滤波器等。可用示波器进行控制信号的观察，从而发现干扰途径。

   案例11：变频器仪表干扰不能正常工作

   案例现象：某公司进行水泵节能改造项目，安装了9台ABB ACS系列变频器，其中8 台变频器是ACS-510系列，功率范围为45~110 kW；另外一台变频器是ACS-800 系列，功率为200 kW，此台变频器和另外一台45 k变频器安装在一台1 000 kV·A车间变压器供电的380 V母线上。变频器的4~20 mA 调速信号均来自PLC 控制系统。



案例调试：在调试中ACS-510 系列变频器运转正常，但ACS-800变频器运转时出现了两个问题。1）两线制仪表信号受到干扰，测量值出现波动。波动比较严重时，控制系统发出压力高或者压力低的信号，控制系统均误认为是压力过低，而自动关闭一些阀门。下图 曲线为变频器工作和停止时仪表的记录曲线，由图可见，变频器工作时仪表中感应了较强的干扰信号。但是，除了两线制以外的仪表，均正常工作，没有受到干扰。


2）变频器运行后，车间变压器保护装置误动作，经常发出过负荷报警，甚至发生误动作跳闸，而变压器实际负荷才500 kW，并没有出现过负荷。

故障分析：初步判断是因为变频器功率比较大，产生的电磁干扰也比较强烈，并且由于控制线与动力线距离比较近造成的。其4~20 mA 调速信号电缆采用的是屏蔽双绞线，穿镀锌钢管后沿电缆桥架敷设，钢管与电缆桥架的距离约为5 cm。

故障处理：将控制电缆和动力电缆之间的距离调整到30 cm 以上再次试验，发现干扰现象仍然存在；为了再次确认是否是电磁干扰沿控制线路引入PLC控制系统，将控制电缆从PLC 控制柜去除，变频器控制柜现场手动调速，发现两线制仪表信号受到的干扰现象仍然存在，所以基本排除了是电磁干扰信号沿控制线路引入PLC 控制系统。随后采用专用电能质量测试仪对变频器供电回路进行谐波测试。测试谐波数据如表2 所列，谐波电流波形和谐波含量如图3、图4 所示。



从测试的谐波数据可知，变频器产生了大量谐波，主要以5次、7 次、11 次谐波居多。从变频器电压曲线可以明显的看出，谐波电流使正常的电压曲线不再是正弦曲线；谐波含量柱形图所显示的情形和所测得的谐波数值相吻合，证实了是变频器谐波以电磁传导方式传播到供电网络中去，从而影响到仪表变压器继电保护装置不能正常工作。根据以上测试结果，仔细分析了ACS-510 系列变频器和ACS-800 变频器的结构区别，从ABB变频器使用手册和其他技术资料中发现，两种变频器在其附件配置上稍微有点区别。

ACS-510系列变频器输入端内置了一台变感式交流输入电抗器和RFI滤波器。交流电抗器和RFI 滤波器是标准配置，在实际使用中不需要额外的滤波器。而ACS-800变频器在输入端只内置了一台交流输入电抗器。EMC 滤波器是可选设备，如果在设备订货时没有要求强调安装EMC 滤波器，ABB 厂家只在输入端内置一台交流输入电抗器。经核实，这台变频器订货时确实没有要求配置EMC 滤波器，于是在变频器输入端增加了一台变频器专用FT330-400型输入滤波器，然后再开机试验，仪表信号受干扰现象消除，并且变压器继电保护装置误动作事故也不再发生。

总结：

1.变频器的信号线必须进行良好屏蔽。当信号线大于5m以上时，要用镀锌铁管屏蔽。

2.变频器的容量大于50kW以上时，要在输入端加电磁滤波器，以滤除变频器谐波对电网的干扰。如果变频器的容量很大，对电网的传导干扰是很严重的，使工作在电网上的电器都受到不同程度的干扰，甚至使控制系统瘫痪。



5.8.2 变频器的软件故障

变频器由单片机控制，可进行程序预置，通过内部程序运行，控制变频器按照预置设定进行工作。变频器的硬件是由半导体电路组成的，易受温度、强光照射、电磁辐射等的影响。当硬件受到了干扰，不能处于正常的开关状态，则运行程序就受到干扰，不能按设定值运行；变频器的原始程序是由人工编制的，总有考虑不周的地方，当遇到一些突发因素，就有可能造成死机、失控等现象。有的失控现象和电磁干扰混在一起，不好区分。往往有这种情况，变频器失控，将参数恢复为出厂设置，再重新预置，变频器工作正常。

敬请提出建议，谢谢！

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