OC故障的来源和实质

OC故障信号的来源和实质

   本文深入论证一下OC信号的来源和实质，进而拓展我们的检修思路。
OC故障在变频器的所有故障中出现的频率，是最高的。在起动过程中报警，在运行中报警，以至于上电即警示，还甚至以其它故障代码或现象间接地告知你：该台变频器存在OC类的故障！
在变频器说明书中对OC故障的说明，OC：过流故障；SC：短路故障。英威腾变频器，会区别报出两个故障，而其它变频器，并不加以区别,则只报出一个OC故障。OL1、OL2、OC都属于过流故障，前二者为轻度过流信号，但OC为重度过流信号，故障发生时需要最快的保护速度。说明书中，对OC故障大致有以下几种解释：负载侧短路，运行电流大于两倍以上时跳OC故障。有的变频器不报OC故障，报出中文提示：变频器输出模块短路，变频器输出端短路，变频器过电流等。变频器OC故障的具体故障原因是：1、负载过重；2、加、减速时间太短；3、逆变模块损坏；4、驱动电路损坏等。
有的变频器并不告知你故障的类别，当有OC故障存在，开机会造成更大的危险时，则索性造成类似程序死机的表面现象，如英威腾的P9/G9系列机，当开机检测到模块故障时，操作面板便出现H：00字符，所有按键操作均被拒绝。不明内里的人会以为：程序死机了，是CPU主板出了问题。
还有的变频器则更为有趣，当别的故障原因（如过电压）会导致运行中的模块损坏时，或者说在此故障状态下模块运行具有潜在的危险时，即在停机状态，也会警示OC故障。如阿尔法ALPHA2000型机器，当直流回路电压检测电路损坏，CPU检测到危险的（高）电源电压信号时，好像来不及报过电压故障了，直接报OC故障得了，免得使用者对电源电压过高的提示不在意，或者运行即可导致逆变模块损坏！
一台台安N2型小功率机型，上电即跳UL或UU故障，拒绝操作。检查三相电流互感器的信号，三路信号有严重偏差，起码是已经坏掉了两只。但查该说明书的故障代码表，无此两种故障代码，猜测这种代码是厂方维修人员才能破解的密码，不足为外人道的。是否也为间接地提示OC故障呢？
变频器电路（程序）设计者的初衷是这样的：当上电检测模块已坏掉，或运行中出现危及模块安全的因素甚至模块已损坏时，会及时报出OC故障。其起因大致是负载侧短路或过重负载导致了严重过电流，或变频器因驱动不良或模块本身损坏造成了过电流甚至短路现象，必须快速实施停护保护措施！
综上所述，OC故障预警的实质是：快速停机保护模块，或运行有短路危险，或模块已经坏掉！不允许再开机运行。从保护上讲，模块在变频器的“价值比重”如同显像管、液晶屏在彩电中的价值，是不言而喻的；就产生OC故障后强制运行的危险性而言，轻者有可能损坏模块，重者则有可能使设备爆炸造成严重的人身伤害！所以设计人员对模块故障不能不做第一位的考虑！

撇开检测电路损坏误报的OC故障不说，还有的变频器无“故障”，仅仅是电源电压有稍许难以意料的偏差，或是某种干扰，也会频报OC故障，而这种故障检修起来，就更是不能从一般意义上OC故障成因着手，来进行检修了。不“讲理”地报OC故障，也应该以“不讲理”的思维方式，来破解OC故障背后的秘密了。

大部分变频器是在启动信号投入时，跳OC信号，此种情况往往是模块并没有损坏，而只是驱动电路存在异常使IGBT不能被良好驱动；有的是上电即跳OC信号，则可能是模块或驱动电路本身故障，输出电路检测电路本身故障，或者是具有其它运行会危及模块安全的因素（如过电压），当具有这种因素存在时，有的变频器处理的措施是：操作显示面板能调看和修改参数，但不能进行运行操作；有的则是干脆拒绝所有操作，全面罢工算了。而在运行中报OC信号：则有以下三种可能：
1、属于负载方面的异常：起动、运行、过程中都有可能报OC故障，一般为负载过重，负载有堵转现象，变频器功率容量不足；
2、用户对变频器的运行参数调节不当，如对恒转矩负载错误设置为二次递减转矩负载，加、减速时间设置不当，尤其是对大惯性负载加、减速时间的设置。或者是对停机方式的处理不当。更有甚者，是对保护参数的误设，如对变频器或电机额定电流参数的误设（保护动作值小于额定电流值），使设备在额定电流以下竟出现频繁的过流报警停机，不能投入运行！
3、属于变频器本身的故障原因：往往为驱动电路的电源供电电容失效造成驱动不足，使CPU接收到由驱动电路内部IGBT管压降检测电路报出的OC信号。
但三方面的原因可归纳为一点：运行状态中有严重过电流的情况发生，因而报出OC信号！

一般来讲，OC故障的来源有以下四个方面：
1、当逆变模块运行电流超大，达额定电流的2倍以上时，IGBT管子的管压降上升到7V以上，由驱动IC返回OC过流信号，通知CPU，实施快速停机保护。OC报警在启动和运行过程中报出；
2、从变频器输出端的三只电流互感器（小功率机型有的采用两只），采集到急剧上升的异常电流后，由电压比较器（或由CPU内部电路）输出一个OC信号，通知CPU，实施快速停机保护。信号在停机、启动或运行状态都有可能报出。停机状态下，当然没有输出电流信号，只能是电流检测电路本身故障，向CPU误报了一个“过流信号”；
3、IGBT管子已有或正在发生了短路性和开路性损坏，或IGBT性能不良导通内阻增大。由驱动IC检测到“极其异常的”管压降，当然IGBT开路时，C、E间会出现高达500V以上的管压降了。OC故障在启动过程中报出；
4、驱动电路不良，使IGBT不能被良好驱动，形成异常的管压降，驱动电路报出OC故障，此故障在启动过程中报出。

上述第四种原因，其危害程度最大，可能导致逆变模块的炸裂。分析如下：
驱动IC虽未损坏，但驱动电路的异常导致了模块异常的工作状态，驱动电路在此时报出OC信号，不但不算误报，而且是非常及时和可表扬的。驱动IC的供电常采用正负双电源的方式，其正电压提供IGBT导通的激励电流。其负电压为IGTB管子的截止提供助力，强制拉出IGBT结电容的电荷，使其更为可靠和快速地截止。当正电压滤波电容（往往采用47uF或100uF电容，大功率机型也有采用330uF的）的容量大为减小时，IGBT管子因激励不足，即使运行在额定电流以下，也呈现较大的管压降，经检测电路处理，CPU报出OC故障；此际的故障表现为：变频器空载或带有极轻负载时，运行正常，稍微加载即报OC故障。
如果说正电压滤波电容的失效会导致IGBT管子的激励不足，而促使驱动IC报出OC故障，IGBT管子尚不存在较大危险的话，那么负电压滤波电容的失效，则就危险得多了。在某一相上臂管子开通的同时，会将主回路正电压跳变到下管的C极上，如果负压钳位不足（或负压回路断路），管子的结电容瞬时吸入电流有可能造成下臂管子的误导通，其后果是两只共通的管子对530V直流电源造成了短路！在此种情况下模块极易炸裂！当触发端子开路，IGBT的触发端子开路时，危害则更为直接，接受启动信号，模块非炸了不可。

上述都是报OC故障的“显现象”，还有报OC故障的“隐现象”和似是而非的报OC现象，往往不被人注意。如下三例：
1、检修一台阿尔法变频器，CNN1端子的第8脚为主回路直流电压检测信号输出脚，正常时应为3V左右，当因电路损坏造成4V以上的“信号输出”（相当于三相交流输入电压达700V以上了）时，CPU认为危及模块运行的安全了，于是不报过电压故障，而是上电即警示OC，以引起用户的注意。
这个OC实质上是OU过电压故障，以OU代OC，出于软件设计者的考虑（和硬件电路结构所限），只在上电瞬间报出。运行中报出的OC和OU，则恢复本来面目。
2、在对阿尔法小功率变频器维修的过程中，发现该变频器有一个通病——容易跳OC故障。其表现为：多在启、停操作过程中跳故障，但有时也在运行中跳故障；有时候莫名其妙地又好了，能运行长短不一的一段时间。在以为已经没有问题的时候，又开始频繁跳OC故障；空载时用表笔测量U、V、W输出电压时，易跳故障，但接入电机后起动运行，又不跳了，再过一阵子，接入电机还是跳OC故障。
最后查出故障原因竟然为5V供电偏低！CPU误报OC故障。OC故障和+5V供电高低扯了上关系，实在是不多见啊。
3、修理一台P9型英威腾机器时，检查发现：上电，操作面板显示H.00，所有操作全无效，CPU拒绝所有操作。测量故障信号汇集处理电路U7-HC4044的4、6脚的过流信号，皆为负电压，而正常时静态应为6V正电压。顺电流检测电路往前查找，测电流信号输入放大U12D的的8、14为0V，正常；U13D的14脚为-8V，有误过流信号输出。将R151焊开，断开此路过流故障信号，操作面板的所有参数设置均正常。故障原因为上电后检测到有过流信号，于是拒绝所有操作，出现“程序卡住”现象。
该机型以“程序卡住”、拒绝操作的方式，提示变频器有OC故障存在！

从上文看来，好多电路和好多方面的原因都能使变频器报出OC故障，但哪个故障检测电路所报的OC信号更具有优先权呢？就故障检测电路来说，故障示警有没个预警层次呢？从保护角度而言，数方面的因素只要是危及了模块的安全，都会报出OC故障，正如上文所言。但在“报警行为”实施过程中，也可以看出一些预警层次。
1、驱动IC返回的OC信号是第一位的，如从J316的6脚、PC929的11脚、IPM模块的OC信号检出脚报出的信号。因是直接检测模块状态的，所以只要CPU接收信号，CPU立即封锁三相触发脉冲的输出，报出OC信号；
2、由三相输出电流互感器报出的OC信号。此信号的报出有一个梯级过程：当有过流现象发生时，对轻度过流，经长延时处理和降低频率等处理后，报过电流但不会报OC。对中度过流，经较短时间延时和其它处理无效后，报过电流，仍不报OC。只有出现变化剧烈且幅值极大的电流检测信号，则不经延时，直接报出OC信号；
3、有些机型对过、欠压的检测处理也按类似于电流检测一样的梯级报警层次：如先报过电压，并且伴有延时处理环节。当检测到极高电压值时，才直报OC或OU；
4、英威腾P9/G9型机，间接显示OC的过程，也有梯级报警层次：上电检测到模块或电流信号异常，拒绝所有操作；只检测到温度异常，可设参数值，但不能起停操作。
由此看来，据危害程度的不同，报各类故障的时间也有所差异。CPU对OC信号的检测是直接停机保护或拒绝操作，越快越好，无时间延时处理；对其它危害程度较轻的故障信号，则有检测、延时、预报警、报警停机保护和配合频率调节以使过流现象消失等几个环节。此为OC信号与其它故障信号在处理上的不同之处。
因而对变频器的保护来说，OC故障信号的预警级别当为红色级。为最高故障保护级别。具有对其无条件执行的最高优先权。
因变频器软件编写者的思路不同，而报警方式不一。当变频器“拐着弯儿”报警时，我们要静下心来，配合故障信号处理电路的状态检测，找到故障代码背后的“东西”，从而解决问题和排除故障。

旷野之雪  2009年11月25日

是的，切断输出后报警，且报警信号能够保持，直到MCU向5脚发送复位信号为止。

嘿嘿！这是我加入中华工控网，在论坛（变频器论坛，当时还没有变频器维修论坛啊）和博客发的第一篇帖子。不觉间已有四个年头了，真是日月如棱，如白驹过隙，如大梦一场，如过眼烟云啊。
但中华工控网，同时也在我的生命中，烙下了不事磨灭的印痕啊。
看到这篇帖子，忽然有了时光如逝的感慨。