變頻器的過流故障與排除

1、變頻器的過流故障及排除1引言變頻器中過流保護(hù)的對(duì)象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了過流檢測值（約額定電流的180%200%,不同變頻器的保護(hù)值不一樣），變頻器顯示過流，由于逆變器 件的過載能力較差，所以變頻器的過流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)。過流故障可分為加速、減速、恒速過流等，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流形成的原因及其處理辦法。2變頻器過流故障的原因 根據(jù)變頻器過流故障顯示，從以下幾方而尋找原因。（1）工作中過流，即電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過流。其原因大致有以下幾方而: 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)

2、“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、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 過程中出現(xiàn)異常。如環(huán)境溫度過高，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)通過程中，一個(gè)器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個(gè)器件卻還未來得及關(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)。（2）升速、降速時(shí)過流: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

3、時(shí)，也會(huì)引起過流。在升速過程中，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)生過流。（3）變頻器上電或一運(yùn)行就過流。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)過流保護(hù),一般是檢測電路所引起，類似于短路故障的排除，如電流傳感器、取樣電阻或檢測電路 等。該處傳感器波形如圖3所示，其包絡(luò)類似于正弦波，若波形不對(duì)或無波形，即為傳 感器損壞，應(yīng)更換之。過流保護(hù)用的檢測電路

4、是模擬運(yùn)放電路，如圖4所示。在靜態(tài)下，測a點(diǎn)的工作電壓應(yīng)為2.4V,若電壓不對(duì)即為該電路有問題，應(yīng)查找原因予以排除。r4為取樣電阻，若 有問題也應(yīng)更換之。3過流故障處理對(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流的最主要因素，因此一口發(fā)生過流故障，首先要檢查: 匸作機(jī)械有沒有卡住，以避免電機(jī)負(fù)載突變，引起的沖擊過大造成過流;負(fù)載側(cè)有沒有短路，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)地或者相間有沒有短路;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小，拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來;過流故障還與電機(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

5、定按照要 求去選;在變頻器輸出側(cè)有無功率因數(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題主要包括模塊損壞、驅(qū)動(dòng)電路損壞、電流檢測電路損壞等。具體檢查內(nèi)容如下: 電流互感器損壞，其現(xiàn)彖表現(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、電壓檢測通道被損壞，也會(huì)出現(xiàn)過流。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)過流故障時(shí) 有時(shí)無的現(xiàn)彖。電路板損壞，其原因可能是: 一是由于環(huán)境太差

6、，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，這里而包括加速時(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流。針對(duì)變頻器問題，主要檢查: 升速時(shí)間設(shè)定太短，加長加速時(shí)間;減速時(shí)間設(shè)定太短，加

7、長減速時(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?？?，每隔25 U S產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值，再經(jīng)過電機(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關(guān)位置，這樣有利于抑制過流。同時(shí)使用速度環(huán)的自適應(yīng)功能來自動(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)彖表明，過流保護(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

8、端缺相時(shí)，勢必使電動(dòng)機(jī) 的另外兩相電流加大而引起過流保護(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:罐車變頻器過流 4. 1故障現(xiàn)象某煉鋼廠現(xiàn)場環(huán)境惡劣，在煉鋼廠平車（鋼包車、渣罐車、鐵水車）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罐車應(yīng)用了西門子變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)。；Jl2臺(tái)kX2分析處理罐期便）變頻器輸出短路或有接地故障；屈，M 6se7031-2ef60 （55kw）全數(shù)字矢量霍 莘）電機(jī)與變頻器是否匹配；冊(cè)婦）（3）負(fù)載處于過載狀態(tài)；fe魏這I嘯I情況。益1g）電

9、機(jī)和變頻器規(guī)格匹配；I7頻掘貿(mào)J祚> *53平i御絕緣，電纜和電機(jī)絕緣情況良好，無短路和 滿但自投入使用后，2載報(bào)I戈帀可能是負(fù)載處于過載狀態(tài)，造成過流；（4）罐車系統(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)造成過流故障。根據(jù)以上的情況分析以及選用的變頻器v/f開環(huán)控制模式，對(duì)罐車foil過流故障的結(jié)論是：系統(tǒng)選用的v/f開環(huán)控制模式在低頻時(shí)啟動(dòng)力矩小以及開環(huán)動(dòng)態(tài)性能差是造成 過流故障的原因。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2臺(tái)罐車有相同的問題，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:（

10、1）1#罐車v/f模式下增加補(bǔ)償功能 1#罐車仍釆用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=l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、測量，相對(duì)比較復(fù)雜，因此本案例采 用直接電壓提升模式。探p325二25v（般 lOv 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%o轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能的使用，可補(bǔ)償因灶罐車負(fù)載波動(dòng)引起的電機(jī)轉(zhuǎn)差變化，從而得到良好機(jī)

11、械特性曲線。(2) 2#罐車改變控制模式 2#罐車控制模式改為無編碼器矢量控制，參數(shù)修改如下: 探P100二3,系統(tǒng)參數(shù)重新設(shè)定優(yōu)化1#罐車和2#罐車系統(tǒng)采用上述法處理后，系統(tǒng)不再報(bào)foil過流故障，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，不能過補(bǔ) 償了。43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，因此需耍對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)充補(bǔ)償，這稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通常的做

12、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，vO表示手動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升電壓、vmax表示最大輸出電壓、fO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vO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vO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vO值；(3)當(dāng)電動(dòng) 機(jī)抖動(dòng)厲害時(shí)，說明轉(zhuǎn)矩過大，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償增益調(diào)得過高，應(yīng)適當(dāng)減小vO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)磁分關(guān)于截止頻率fO,在有些變頻器中是固定的頻率值，如abbacs550變頻器f0=20hz、 羅克韋爾abpowerflex400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fO二050%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vO在0 20%或30%vniax之間任意設(shè)定，如自動(dòng)設(shè)置則是變頻器根