Die 13 häufigsten Ursachen für Überspannungsfehler bei Frequenzumrichtern

Was ist eine VFD-Überspannungsstörung?​

Wenn die Trägheitsrückkopplungsenergie des Motors oder der Stromstoß auf den DC-Bus im VFD-System auftrifft und die Spannung den sicheren Bereich überschreitet (typischerweise >800V/480V-System), wird der DC-Bus-Überspannungsschutz ausgelöst. An diesem Punkt blockiert der VFD sofort die Impulse und meldet einen Überspannungs-Fehlercode (VFD-Fehlercodes, z. B. FU-02; die tatsächlichen Codes sind im Gerätehandbuch nachzulesen), andernfalls kann es zu dauerhaften Schäden wie dem Ausbeulen der Energiespeicherkondensatoren oder dem Ausfall der IGBT-Module kommen. Dieser VFD-Fehler ist vergleichbar mit einer Sicherung, die bei einer Überlastung des Stromkreises durchbrennt und im Wesentlichen als Notbremse dient, um ein Durchgehen der Spannung zu verhindern.

Der 800-V-Grenzwert entspricht einem 480-V-Wechselstrom-Eingangssystem (IEC 61800-4), und der Schmelzeffekt tritt ein, wenn die Gleichstromkapazität 450 V/μF überschreitet.

Häufige Ursachen von VFD-Überspannungsfehlern

1. hohe Eingangsspannung oder Netzspitzen

Netzblitze, Wiedereinschaltungen oder anormale Schwankungen führen dazu, dass die Eingangsspannung den Grenzwert sofort überschreitet (z. B. >110% des Nennwerts) und das Steuerungssystem des Frequenzumrichters nicht in der Lage ist, rechtzeitig zu reagieren, wodurch die Zwischenkreisspannung in die Höhe getrieben wird. Wenn der Überspannungsschutz des Frequenzumrichters verzögert anspricht (typischerweise >100μs), akkumuliert die Spannungsspitze des Frequenzumrichters auf gefährliche Werte und löst direkt einen Überspannungsfehler am Frequenzumrichter aus. Dieser VFD-Überspannungsfehler ist wie eine Flut, die einen Damm bricht und innerhalb von nur 0,1 Sekunden Schäden an Kondensatoren oder IGBT-Modulen verursacht.

2. nicht absorbierte Energie beim regenerativen Bremsen

Wenn die regenerative Energie, die von der VFD-Antriebe Motor während des Abbremsens nicht von der Bremseinheit absorbiert wird (z. B. unzureichende Widerstandsleistung), fließt die Energie in den Zwischenkreis zurück, wodurch die Spannung ansteigt. Wenn die Spannung länger als 0,5 Sekunden erhöht bleibt, löst dies einen Überspannungsfehler am VFD aus. Eine Fallstudie an einer Förderanlage zeigte, dass nach dem Ausfall des Bremswiderstands die Busspannung innerhalb von 10 Sekunden von 650 V auf 820 V anstieg.

3. unsachgemäße Einstellung der Verzögerungszeit

Wenn die Verzögerungsparameter zu kurz sind (z. B. <0,5 Sekunden), wird nach der VFD-Arbeitsprinzip, übersteigt die Rückführgeschwindigkeit der Trägheitsenergie des Motors bei weitem die Busfreigabekapazität. Das Ungleichgewicht in der VFD-Motorsteuerung führt zu einer Spannungsakkumulation von >15%, und die Fehlanpassung der VFD-Parameter ist die unmittelbare Ursache von VFD-Überspannungsfehlern.

4) Motorrückstrom-EMF oder Probleme mit der Verkabelung

Plötzliche Änderungen der Gegen-EMK der Motorwicklung oder eine Beschädigung der Abschirmungsschicht der FU-Antriebsverdrahtung (Impedanz > 50Ω) können dazu führen, dass die Busspannung von hochfrequenten Störungen überlagert wird. Lose elektrische Anschlussklemmen des Frequenzumrichters oder veraltete Kabel verstärken die Störungen noch weiter und zwingen die Komponenten des Frequenzumrichters, die Überspannungsschwelle falsch einzuschätzen.

5. die Trägheit der Last oder plötzliche Lastabfälle

Wenn ein Motor mit variabler Frequenz eine Hochgeschwindigkeits-Zentrifugallast (z. B. eine VFD-Wasserpumpe) antreibt, die plötzlich entlastet wird, wird die kinetische Rotationsenergie sofort in elektrische Energie umgewandelt. Wenn der Motor des Frequenzumrichters für mehr als 0,2 Sekunden im Generatorbetrieb bleibt, steigt die Busspannung um 120% an, was häufig zu Überspannungsfehlern des Frequenzumrichters führt.

6. schlechte Qualität der Eingangsleistung (THD, Ungleichgewicht, Spikes)

Wenn sich die Oberschwingungen des Frequenzumrichters (THDi > 15%) mit den Spannungsschwankungen überschneiden, erhöht sich die Restwelligkeit des Gleichrichterausgangs um 30%. Die Vernachlässigung dieses Problems in VFD-Wartung kann zu einer kontinuierlichen Überladung der Kondensatoren führen - in Stahlwerken, in denen die gemessenen Spannungsschwankungen ±10% überschreiten, ist die Rate der Überspannungsfehler in Fehlersuche am Frequenzumrichter Protokolle um das Sechsfache. Qualitativ schlechte Netze sind wie mit Verunreinigungen belasteter Kraftstoff, der das Stromsystem stillschweigend aushöhlt.

7. transformatorbedingte Spannungsschwankungen

Lichtbogenblitze in Stromversorgungs-Transformatoren oder plötzliche Laständerungen können sekundäre Schwankungen verursachen, die zu anormalen Überspannungen führen, die an die Eingangsseite des elektrischen VFD gekoppelt sind. Im Energiepfad erhöhen solche Störungen das Risiko eines Rückwärtsdurchbruchs in VFD-Komponenten (z. B. Gleichrichterbrücken), was in der Regel Überspannungsfehler des VFD auslöst.

8.die Resonanz in Systemen mit geringer Leistung

Filter- oder Leitungseigenresonanz (wie LC-Resonanzpunktverschiebung) erzeugt parasitäre Schwingungsspannungen im System. Wenn die Trägerfrequenz in den Resonanzbereich fällt (z. B. 2-5 kHz), wird die Buswelligkeit verstärkt.

9. induzierte Spannungs- oder Masseschleifen

Wenn die Erdschleifenimpedanz eines VFD-Installation 3Ω übersteigt, übersteigt der elektromagnetische Induktionsstreustrom 30 mA. Der überlagerte Streufluss erzeugt eine zusätzliche Spannung, die eine regelmäßige Prüfung der Durchgängigkeit des Erdungsnetzes erfordert, um Überspannungsfehler des Frequenzumrichters zu vermeiden.

10.das Schalten von Blindleistungskompensationskondensatoren

Das Schalten von Blindleistungskompensationskondensatoren erzeugt transiente Überspannungen, vfd-Panels, die auf die Eingangsseite gekoppelt werden. Steuerung des Frequenzumrichters Die Spannungsregelung des Systems reagiert verzögert und verursacht vfd elektrische Zwischenkreisspannungsimpulse >130%.

11. die Eingangsspannung mit hohem Scheitelfaktor

Eingangs-Spannungsscheitelwert-zu-Mittelwert-Verhältnis > 2,5 (z. B. Sinus-Spitzenwert), transiente Spitzen übersteigen die Klemmkapazität des VFD-Überspannungsschutzes. Wiederholtes Überladen der Kondensatoren beschleunigt die Alterung und ist für 12% der VFD-Überspannungsfehler verantwortlich, die vorrangig behoben werden müssen.

12. falsche Konfiguration der VFD-Parameter

Der Schwellenwert für die Überspannung des DC-Zwischenkreises ist zu hoch eingestellt (z. B. >850 V), wodurch der Schutzmechanismus unwirksam wird. Wenn die Kernparameter des VFD falsch eingestellt sind, müssen die VFD-Komponenten einer Überspannung standhalten, die den Grenzwert für ≥10 Sekunden überschreitet.

13. fehlerhafte Hardware der Bremseinheit oder des Schaltkreises

Wenn der Bremswiderstand offen ist oder das IGBT-Gate beschädigt ist, kann die vom VFD-Antriebsmotor zurückgespeiste Energie nicht verbraucht werden. Solche Hardware-Fehler von VFD-Komponenten erfordern eine professionelle Reparatur des VFD-Antriebs, da sie sonst unweigerlich zu einem Überspannungsfehler des VFD führen - wie ein offenes Schleusentor, bei dem die angesammelte Energie unweigerlich einen Bruch verursacht.

Schritte zur Fehlerbehebung

1. die Eingangsspannung der Stromversorgung überprüfen

Verwenden Sie bei der Fehlersuche am vfd ein Multimeter, um den Schwankungsbereich der dreiphasigen Eingangsspannung zu messen (±10% zulässig). Wenn Spannungsspitzen (>130% Un) festgestellt werden, überprüfen Sie, ob der vfd-Überspannungsschutz aktiviert ist. Die Fehlerbehebungsprotokolle des Frequenzumrichters zeigen, dass 21% der vfd-Überspannungsfehler auf Anomalien der Eingangsspannung zurückzuführen sind.

2. die Einstellungen für die Verzögerungsrampenzeit überprüfen

Zu kurze Verzögerungszeiten (z. B. 1 Sekunde) zu überprüfen, und passen Sie die Parameter des Frequenzumrichters schrittweise an. In einer Fallstudie zu einem Ventilator konnte durch die Erhöhung der Verzögerungszeit von 0,3 Sekunden auf 1,2 Sekunden die Häufigkeit von VFD-Überspannungsfehlern um 73% reduziert werden.

3. hinzufügen oder überprüfen der Bremswiderstandseinstellung

Überprüfen Sie den Wert des Bremswiderstandes (Abweichung 25%. Der VFD-Überspannungsschutz kann die Bremsfunktion nicht ersetzen.

4. Überprüfen Sie die Motor- und Kabelanschlüsse

Eine unterbrochene Abschirmungsschicht (Impedanz > 50Ω) in der Verdrahtung des VFD-Antriebs kann hochfrequente Störungen verursachen. Verwenden Sie ein Multimeter, um den Klemmenspannungsabfall des VFD-Kabels zu überprüfen (ein Abfall > 0,5 V weist auf einen schlechten Kontakt hin). Ein schlechter Erdungsanschluss kann einen Erdungsfehler des VFD verursachen, der zu einem Ableitstrom > 100 mA führt.

5. die Lastmerkmale untersuchen

Lasten mit hohem Trägheitsmoment (z. B..VFD-WasserpumpeLaufraddurchmesser > 400 mm) kann bei Notstopps eine Trägheitsenergieumwandlungsrate von 150% erreichen. vfd in HLK-Anlagen Puffervorrichtungen (z. B. Schwungräder) erfordern; andernfalls bleibt der frequenzgeregelte Motor 0,2 Sekunden lang im Generatorbetrieb und löst einen Überspannungsfehler aus.

6.Überprüfung der VFD-Parameter-Konfiguration

Überprüfen Sie systematisch kritische Parametereinstellungen wie die Schwellenwerte für den Busüberspannungsschutz und die Aktivierungsspannung der Bremsfunktion. Vergleichen Sie die Logik der Parameter mit dem Gerätehandbuch, um die Rationalität sicherzustellen; falsch eingestellte Schwellenwerte können die Schutzfunktionen schwächen.

7. nach Erdungsfehlern oder Isolationslecks suchen

VFD-Wartungsverfahren erfordern vierteljährliche Megohmmeter-Prüfungen (Phase-Erde-Widerstand ≥ 5 MΩ). Wenn der Erdungsschleifenwiderstand des Erdungsnetzes 3Ω übersteigt (empfohlene unabhängige Erdungskupferschiene ≥ 16mm²), kann die kumulative Wirkung des Ableitstroms zu Fehlalarmen bei Überspannungsfehlern führen.

8. kontaktieren Sie den Support des VFD-Herstellers

Bereitstellung der VFD-Fehlercodes und Betriebsparameteraufzeichnungen (z. B. Eingangsspannung, Ausgangsfrequenz), wenn das Gerät einen Alarm auslöst. Der Hersteller kann Firmware-Defekte oder Hardware-Kompatibilitätsprobleme diagnostizieren, indem er historische Daten von den VFD-Anzeigen analysiert und nachfolgende Reparaturlösungen für VFD-Antriebe anleitet.

9. den VFD zurücksetzen und das Verhalten beobachten

Nach dem VFD-Reset ist die Zwischenkreisspannung zu überwachen (normale Schwankungen < ±5%). Wenn die VFD-Software keine automatische Wellenformaufzeichnungsfunktion hat, muss ein externes Speicheroszilloskop angeschlossen werden, um die Kurve des Spannungsanstiegs während der Verzögerung des VFD-Antriebsmotors zu erfassen.

10. Echtzeit-Antriebsspannung und -strom überwachen

Verfolgen Sie die dynamischen Änderungen der Zwischenkreisspannung über die Überwachungsschnittstelle des Frequenzumrichters oder externe Instrumente. Achten Sie genau auf Spannungsschwankungen während der Beschleunigungs- und Abbremsphasen der VFD-Motorsteuerung, da abnormale Schwankungen oft auf die Alterung von VFD-Komponenten oder abnormale Systemreaktionen hinweisen.

11. statische Spannungsmessung durchführen

Messen Sie nach dem Ausschalten die Verdrahtung des VFD-Antriebs:

• Ausgangsklemmen der Gleichrichterbrücke (normal ≈ 1,35 × Eingangsnetzspannung)
• Eingangsklemmen des IGBT-Moduls (Abweichung > ±3% zeigt einen Fehler an)

Die Unterbrechung des Vorladewiderstandes im Steuersystem des Frequenzumrichters kann zu einem anfänglichen Spannungsverlust führen.

12. dynamische Prozessüberwachungswerkzeuge verwenden

VFD-Software in Verbindung mit einem Netzanalysator (z. B. Fluke 435) zur Erfassung von Spannungstransienten. Die Fehlersuche bei VFD-Antrieben zeigt: Oszillationen >5 kHz (Amplitude >50 V), die 50 ms vor der Überspannung auftreten, sind ein Zeichen für eine Verstimmung der Trägerfrequenz des Frequenzumrichters.

13. die Funktionsfähigkeit des Bremsgeräts zu überprüfen

Aktivieren Sie das Bremssignal manuell (durch Erzwingen der Ausgabe über die VFD-Software) und messen Sie die Spannung am VFD-Bremswiderstand (sollte 95%-105% der Busspannung betragen). Keine Spannung oder <80% deutet auf einen Ausfall von VFD-Komponenten hin (z. B. das bremsende IGBT-Gate), was direkt mit einem VFD-Überspannungsfehler zusammenhängt.

14. die Parameter für Regelkreis und Rückführung optimieren

Prüfen Sie die Genauigkeit der Drehzahlrückführung und das Regelverhalten des geschlossenen Regelkreises. Sie können versuchen, die Parameter des Regelkreises auf ihre werkseitigen Standardwerte zurückzusetzen und beobachten, ob sich die Drehzahlschwankungen verbessern. Die optimierte VFD-Motorsteuerung sollte periodische Drehzahlschwankungen beseitigen und die Systemstabilität verbessern.

Schlussfolgerung

Zur Vermeidung von Überspannungsfehlern bei Frequenzumrichtern sind präzise Parametereinstellungen (abgestimmt auf die Lastcharakteristik), eine systematische Hardware-Wartung (mit Schwerpunkt auf der Erkennung des Zustands von Bremseinheiten und Kondensatoren) und eine Echtzeit-Busspannungsüberwachung erforderlich. Durch die Fehlerbehebung bei Frequenzumrichtern, das Management der Netzqualität im geschlossenen Regelkreis, die Freisetzung von Trägheitsenergie und die Reaktionslogik der Frequenzumrichtersteuerung kann ein dreidimensionales Abwehrsystem gegen Überspannungsfehler aufgebaut werden. Praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass die Integration von Parameteroptimierung, Hardware-Vorprüfung und dynamischer Überwachung die Robustheit des Systems erheblich verbessern kann.