1 引言
變頻器中過(guò)流保護(hù)的對(duì)象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過(guò)了過(guò)流檢測(cè)值(約額定電流的200％，不同變頻器的保護(hù)值不一樣)，變頻器則顯示oc(over current)表示過(guò)流，由于逆變器件的過(guò)載能力較差，所以變頻器的過(guò)流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)。
過(guò)流故障可分為加速、減速、恒速過(guò)流等，其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均、輸出短路等原因引起的。
本文將主要探討變頻器過(guò)流形成的原因及其處理辦法。

2 變頻器過(guò)流故障的原因
根據(jù)變頻器過(guò)流故障顯示，可從以下幾方面尋找原因。
（1）工作中過(guò)流，即電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)流。
其原因大致有以下幾方面：
● 一是電動(dòng)機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)電流的突然增加；
● 二是變頻器輸出側(cè)發(fā)生短路(如圖1所示)，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等、接地(電機(jī)燒毀、絕緣劣化、電纜破損而引起的接觸、接地等)；

圖1 變頻器輸出側(cè)短路

● 三是變頻器自身工作不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個(gè)逆變器件在不斷交替的工作過(guò)程中出現(xiàn)異常。如環(huán)境溫度過(guò)高，或逆變器元器件本身老化等原因，使逆變器的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替導(dǎo)通過(guò)程中，一個(gè)器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個(gè)器件卻還未來(lái)得及關(guān)斷，引起同一個(gè)橋臂的上、下兩個(gè)器件的“直通”（如圖2所示），使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路狀態(tài)。

圖2 橋臂直通故障

（2）升速、降速時(shí)過(guò)流：當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)間或降速時(shí)間又設(shè)定得太短時(shí)，也會(huì)引起過(guò)流。在升速過(guò)程中，變頻器工作頻率上升太快，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因負(fù)載慣性較大而跟不上去，結(jié)果是升速電流太大；在降速過(guò)程中，降速時(shí)間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子因負(fù)載的慣性大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這時(shí)同樣可以使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太大而產(chǎn)生過(guò)流。
（3）變頻器上電或一運(yùn)行就過(guò)流。
這種保護(hù)大部分是因變頻器內(nèi)部故障引起的，若負(fù)載正常，變頻器仍出現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，一般是檢測(cè)電路所引起，類(lèi)似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測(cè)電路等。該處傳感器波形如圖3所示，其包絡(luò)類(lèi)似于正弦波，若波形不對(duì)或無(wú)波形，即為傳感器損壞，應(yīng)更換之。

圖3 傳感器的波形圖

過(guò)流保護(hù)用的檢測(cè)電路是模擬運(yùn)放電路，如圖4所示。在靜態(tài)下，測(cè)a點(diǎn)的工作電壓應(yīng)為2.4v，若電壓不對(duì)即為該電路有問(wèn)題，應(yīng)查找原因予以排除。r4為取樣電阻，若有問(wèn)題也應(yīng)更換之。

圖4 過(guò)流檢測(cè)電路

3 過(guò)流故障處理對(duì)策
通常有以下集中處理對(duì)策
（1）負(fù)載側(cè)檢查
負(fù)載側(cè)的原因是引起變頻器過(guò)流的最主要因素，因此一旦發(fā)生過(guò)流故障，首先要檢查：
● 工作機(jī)械有沒(méi)有卡住，以避免電機(jī)負(fù)載突變，引起的沖擊過(guò)大造成過(guò)流；
● 負(fù)載側(cè)有沒(méi)有短路，以避免電機(jī)和電機(jī)電纜相間或每相對(duì)地的絕緣破壞、造成匝間或相間對(duì)地短路，此項(xiàng)內(nèi)容可以用兆歐表檢查對(duì)地或者相間有沒(méi)有短路；
● 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來(lái)；
● 過(guò)流故障還與電機(jī)的漏抗、電機(jī)電纜的耦合電抗有關(guān)，所以選擇電機(jī)電纜一定按照要求去選；
● 在變頻器輸出側(cè)有無(wú)功率因數(shù)矯正電容或浪涌吸收裝置，如果有，就必須撤除；
● 當(dāng)負(fù)載電機(jī)裝有測(cè)速編碼器時(shí)，速度反饋信號(hào)丟失或非正常時(shí)，也會(huì)引起過(guò)流，因此也必須正確檢查編碼器和其電纜。
（2）變頻器檢查
變頻器硬件問(wèn)題主要包括模塊損壞、驅(qū)動(dòng)電路損壞、電流檢測(cè)電路損壞等。具體檢查內(nèi)容如下：
● 電流互感器損壞，其現(xiàn)象表現(xiàn)為，變頻器主回路送電，當(dāng)變頻器未起動(dòng)時(shí)，有電流顯示且電流在變化，這樣可判斷互感器已損壞。
● 主電路接口板電流、電壓檢測(cè)通道被損壞，也會(huì)出現(xiàn)過(guò)流。
● 由于連接插件不緊、不牢。例如電流或電壓反饋信號(hào)線接觸不良，會(huì)出現(xiàn)過(guò)流故障時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象。
● 電路板損壞，其原因可能是：
一是由于環(huán)境太差，導(dǎo)電性固體顆粒附著在電路板上，造成靜電損壞?；蛘哂懈g性氣體，使電路被腐蝕。
二是電路板的零電位與機(jī)殼連在一起，由于柜體與地角焊接時(shí)，強(qiáng)大的電弧，會(huì)影響電路板的性能。
三是由于接地不良，電路板的零伏受干擾，也會(huì)造成電路板損壞。
當(dāng)檢查以上4項(xiàng)有問(wèn)題，必須更換為同型號(hào)配件或者修復(fù)該配件。
（3）變頻器參數(shù)檢查
變頻器參數(shù)設(shè)定問(wèn)題是在負(fù)載、變頻器確認(rèn)都正常的情況下必須懷疑的因素，這里面包括加速時(shí)間太短、pid調(diào)節(jié)器的比例p和積分時(shí)間i參數(shù)不合理、超調(diào)過(guò)大等等，所有這些參數(shù)的不合理設(shè)置都將造成變頻器輸出電流振蕩或直接過(guò)流。
針對(duì)變頻器問(wèn)題，主要檢查：
● 升速時(shí)間設(shè)定太短，加長(zhǎng)加速時(shí)間；
● 減速時(shí)間設(shè)定太短，加長(zhǎng)減速時(shí)間；
● 轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償（u/f比）設(shè)定太大，引起低頻時(shí)空載電流過(guò)大；
● 電子熱繼電器整定不當(dāng)，動(dòng)作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動(dòng)作。
另外，當(dāng)負(fù)載不穩(wěn)定時(shí)，建議使用矢量控制模式或dtc模式，因?yàn)榇藘煞N模式控制速度非常快，每隔25μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值，再經(jīng)過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆變器的最佳開(kāi)關(guān)位置，這樣有利于抑制過(guò)流。同時(shí)使用速度環(huán)的自適應(yīng)(autotune)功能來(lái)自動(dòng)調(diào)整pid參數(shù)，從而使變頻器輸出電機(jī)電流平穩(wěn)。
（4）輸入輸出線路檢查
根據(jù)很多現(xiàn)象表明，過(guò)流保護(hù)的其中一個(gè)原因就是缺相。當(dāng)變頻器輸入缺相時(shí)，勢(shì)必引起母線電壓降低，負(fù)載電流加大，引起保護(hù)。而當(dāng)變頻器輸出端缺相時(shí)，勢(shì)必使電動(dòng)機(jī)的另外兩相電流加大而引起過(guò)流保護(hù)。所以對(duì)輸入及輸出都應(yīng)進(jìn)行檢查，排除故障。

4 案例分析:罐車(chē)變頻器過(guò)流
4.1 故障現(xiàn)象
某煉鋼廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，在煉鋼廠平車(chē)（鋼包車(chē)、渣罐車(chē)、鐵水車(chē)）系統(tǒng)一直采用傳統(tǒng)的接觸器控制方案，故障率高，維護(hù)量大。隨著交流調(diào)速控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)成為交流傳動(dòng)的主流調(diào)速控制方案，所以該煉鋼廠kr罐車(chē)應(yīng)用了西門(mén)子變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)。
kr罐車(chē)系統(tǒng)由1臺(tái)45kw的變頻專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用西門(mén)子6se7031-2ef60（55kw）全數(shù)字矢量控制變頻器控制，變頻器帶輸入、輸出電抗器以消除諧波、抑制尖峰電壓，變頻器采用v/f速度開(kāi)環(huán)控制模式，調(diào)速范圍為1∶25。系統(tǒng)采用速度擋位開(kāi)關(guān)量輸入plc，經(jīng)軟件處理后，再由plc輸出模塊輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)給變頻裝置，通過(guò)變頻裝置內(nèi)部的參數(shù)設(shè)定，輸出相應(yīng)的速度信號(hào)。速度分為兩檔40%和80%額定速度；起動(dòng)、停止和各檔速度過(guò)渡平穩(wěn)無(wú)沖擊，屬于檔位無(wú)級(jí)調(diào)速方式。kr罐車(chē)系統(tǒng)的電路原理如圖5所示。

圖5 kr罐車(chē)變頻器電路原理圖

2臺(tái)kr罐車(chē)（1#、2#kr）調(diào)試情況良好，空車(chē)使用一切正常，但自投入使用后，2臺(tái)罐車(chē)不間斷報(bào)“f011”過(guò)流故障。經(jīng)過(guò)對(duì)故障時(shí)罐車(chē)的工作狀況的監(jiān)測(cè)，變頻器報(bào)故障主要集中在罐車(chē)滿載啟動(dòng)和道軌上有積渣阻力較大的這兩種情況。
4.2 分析處理
查西門(mén)子變頻器手冊(cè)對(duì)造成f011過(guò)流故障原因的解釋?zhuān)?1)變頻器輸出短路或有接地故障；(2)電機(jī)與變頻器是否匹配；(3)負(fù)載處于過(guò)載狀態(tài)；(4)是否動(dòng)態(tài)要求過(guò)高。
對(duì)于上述四種原因，一一進(jìn)行排查：(1)經(jīng)過(guò)對(duì)變頻器輸出電纜以及電機(jī)搖測(cè)絕緣，電纜和電機(jī)絕緣情況良好，無(wú)短路和接地故障；(2)電機(jī)和變頻器規(guī)格匹配；(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)到滿載啟動(dòng)時(shí)頻繁報(bào)故障，可能是負(fù)載處于過(guò)載狀態(tài)，造成過(guò)流；(4)罐車(chē)系統(tǒng)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，道軌上有積渣，阻力增大或有變化，負(fù)載就發(fā)生變化，系統(tǒng)如果動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，也會(huì)造成過(guò)流故障。
根據(jù)以上的情況分析以及選用的變頻器v/f開(kāi)環(huán)控制模式，對(duì)罐車(chē)f011過(guò)流故障的結(jié)論是：系統(tǒng)選用的v/f開(kāi)環(huán)控制模式在低頻時(shí)啟動(dòng)力矩小以及開(kāi)環(huán)動(dòng)態(tài)性能差是造成過(guò)流故障的原因。
西門(mén)子6se70變頻器有多種控制模式可供選擇以及在v/f模式下的各種功能，現(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)罐車(chē)有相同的問(wèn)題，于是就選擇了2種處理方式，也有利于比較使用效果，其處理方法如下：
（1）1#罐車(chē)v/f模式下增加補(bǔ)償功能
1#罐車(chē)仍采用v/f模式，增加低頻補(bǔ)償，轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，其參數(shù)設(shè)置如下：
※　增加低頻補(bǔ)償p318=1

6se70變頻器有兩種低頻轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，即直接提升電壓數(shù)值（電壓模式）和間接提升電壓數(shù)值（電流模式），后者涉及到定子電阻的計(jì)算、測(cè)量，相對(duì)比較復(fù)雜，因此本案例采用直接電壓提升模式。
※　p325=25v(一般10v到40v)

在直接提升電壓模式中，只需將需要的提升電壓數(shù)值輸入?yún)?shù)p325即可，變頻器就能根據(jù)圖6所示的邏輯示意輸出合適的v/f曲線。

圖6 轉(zhuǎn)矩提升邏輯

※　增加轉(zhuǎn)差補(bǔ)償 p336=100%。

轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能的使用，可補(bǔ)償因kr罐車(chē)負(fù)載波動(dòng)引起的電機(jī)轉(zhuǎn)差變化，從而得到良好機(jī)械特性曲線。
（2）2#罐車(chē)改變控制模式
2#罐車(chē)控制模式改為無(wú)編碼器矢量控制，參數(shù)修改如下：
※　p100=3，系統(tǒng)參數(shù)重新設(shè)定優(yōu)化

1#罐車(chē)和2#罐車(chē)系統(tǒng)采用上述法處理后，系統(tǒng)不再報(bào)f011過(guò)流故障，操作工也明顯感到系統(tǒng)啟動(dòng)快，動(dòng)作也快，參數(shù)優(yōu)化取得了很好的效果。需要注意的是，低頻補(bǔ)償和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能在實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)試時(shí)應(yīng)逐漸增加數(shù)值，滿足系統(tǒng)的需要即可，不能過(guò)補(bǔ)償了。
4.3 案例歸納
變頻器在啟動(dòng)或極低速運(yùn)行時(shí)，根據(jù)v/f曲線，電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)對(duì)應(yīng)輸出的電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，這就導(dǎo)致勵(lì)磁不足而使電動(dòng)機(jī)不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充補(bǔ)償，這稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通常的做法是對(duì)輸出電壓做一些提升補(bǔ)償，以補(bǔ)償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
圖7中，v0表示手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升電壓、vmax表示最大輸出電壓、f0表示轉(zhuǎn)矩提升的截止頻率、fb表示基本運(yùn)行頻率。
對(duì)于v0的設(shè)置原則一般有以下幾點(diǎn)：（1）當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器之間的距離太遠(yuǎn)時(shí)，由于線路壓降增大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值；（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量小于變頻器額定容量時(shí)，由于此擋容量電動(dòng)機(jī)的繞組電阻比大容量電動(dòng)機(jī)大，電阻壓降也大，應(yīng)適當(dāng)增大v0值；（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)厲害時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)矩過(guò)大，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償增益調(diào)得過(guò)高，應(yīng)適當(dāng)減小v0值。這里必須避免這樣一個(gè)誤區(qū)：即使提高很多輸出電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)電流包含電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。
關(guān)于截止頻率f0，在有些變頻器中是固定的頻率值，如abb acs550變頻器f0＝20hz、羅克韋爾ab powerflex 400變頻器f0＝25hz；有些變頻器是可以設(shè)置的，如艾默生ev2000變頻器f0=0~50%基本運(yùn)行頻率。
轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償可以根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置選擇手動(dòng)和自動(dòng)，如手動(dòng)設(shè)置則允許用戶v0在0－20%或30％vmax之間任意設(shè)定，如自動(dòng)設(shè)置則是變頻器根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的力矩情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，其參數(shù)是隨著負(fù)載變化而更改的。
當(dāng)然，本案例除了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償之外，采用矢量控制也可以收到同樣的效果，但前提是該變頻器本身同時(shí)支持矢量控制和v/f控制。

5 結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于變頻器過(guò)流故障的處理，關(guān)鍵一是要確定負(fù)載本身是否符合正常運(yùn)行條件；二是確定變頻器本身是否屬于正常；三是要確定變頻器的參數(shù)能與負(fù)載運(yùn)行的工藝條件或加減速過(guò)程匹配；四是檢查變頻器輸入輸出接線是否正常。

作者簡(jiǎn)介
李方園（1973-） 高級(jí)工程師，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。

參考文獻(xiàn)（略）