變頻器在冶金工業(yè)中的應(yīng)用與維護

1、變頻器在冶金工業(yè)中的應(yīng)用與維護The AC inverters application and maintenance in the metallurgical industry 第一講：裝礦站變頻器的過流故障處理The overcurrent trouble shooting for AC inverter in the vibration motor of the mine-loading station 浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園 Li Fangyuan摘 要 電振電機在生產(chǎn)過程采用變頻器控制時經(jīng)常跳閘，變頻器故障顯示為電流過大，同時軸承變黑，且無法正常使用。通過檢查變頻器本身、負載以

2、及參數(shù)后，均未出現(xiàn)任何問題，后查明是軸電流引起。在安裝濾波器后軸承電流減少到可以忽略的水平，電機的使用壽命得以大大提高，且最終解決了變頻器過流問題。關(guān)鍵詞 變頻器 過流 故障排除ABSTRACT：The vibration motor with AC inverter always triped in the production process control with the inverter fault of overcurrent.At the same time the bearing became black and can not work properly. By examin

3、ing the inverter itself, as well as the parameters of the load, there were none problems. Finally the real reason is bearing current. After the installation of filters, the bearing current can be reduced to negligible levels, and the service life of motor can be greatly enhanced. Also the overcurren

4、t fault will be solved.KEYWORDS： AC inverter Overcurrent trouble shooting1 前言某鉛鋅礦選礦廠的裝礦站主要負責(zé)原礦的浮選任務(wù)，即原礦經(jīng)過電振調(diào)配裝到礦斗，再由架空索道輸送到選礦廠進行浮選。作為輸送原礦的電振電機在生產(chǎn)過程中地位比較重要，如圖1所示。因而采用先進的變頻器控制，以提高生產(chǎn)效益。開始很長一段時間內(nèi)，變頻器驅(qū)動的電振經(jīng)常跳閘，變頻器故障顯示為電流過大。圖1 電振電機該電振電機功率為7.5kW，采用艾默生EV20004T0075G，正常運行時電流為57A，頻率為4246Hz。但是，故障時電流卻異常大，并導(dǎo)致過流E0

5、03（恒速過流）跳閘。在隨后的維修檢查中發(fā)現(xiàn)，電機軸承變黑，已經(jīng)不能正常使用。本文將主要討論的就是變頻器過流排查的基本步驟，以及采用裝設(shè)濾波器來解決變頻器過流的故障。2 變頻器過流的基本排查對于電振電機來說，變頻器中過流保護的對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200，不同變頻器的保護值不一樣)，變頻器則顯示過流，由于逆變器件的過載能力較差，所以變頻器的過流保護是至關(guān)重要的一環(huán)。對于本次故障，首先進行了如下處理：2.1 負載側(cè)檢查負載側(cè)的原因是引起變頻器過流的最主要因素，因此一旦發(fā)生過流故障，首先要檢查：(1) 工作機械有沒有卡住，以避免電機負載突變，引起的沖擊過

6、大造成過流；(2) 負載側(cè)有沒有短路，以避免電機和電機電纜相間或每相對地的絕緣破壞、造成匝間或相間對地短路，此項內(nèi)容可以用兆歐表檢查對地或者相間有沒有短路；(3) 電動機的起動轉(zhuǎn)矩過小，拖動系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來；(4) 過流故障還與電機的漏抗、電機電纜的耦合電抗有關(guān)，所以選擇電機電纜一定按照要求去選；(5) 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；(6) 當負載電機裝有測速編碼器時，速度反饋信號丟失或非正常時，也會引起過流，因此也必須正確檢查編碼器和其電纜。發(fā)現(xiàn)負載正常。（2）變頻器檢查變頻器硬件問題主要包括模塊壞、驅(qū)動電路壞、電流檢測電路壞等。具體檢查內(nèi)容如下：（1）電

7、流互感器損壞，其現(xiàn)象表現(xiàn)為，變頻器主回路送電，當變頻器未起動時，有電流顯示且電流在變化，這樣可判斷互感器已損壞。（2）主電路接口板電流、電壓檢測通道被損壞，也會出現(xiàn)過流。 （3）由于連接插件不緊、不牢。例如電流或電壓反饋信號線接觸不良，會出現(xiàn)過流故障時有時無的現(xiàn)象。（4）電路板損壞，其原因可能是由于環(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；或者有腐蝕性氣體，使電路被腐蝕等。當檢查以上4項，同樣沒有發(fā)現(xiàn)問題時。（3）變頻器參數(shù)檢查變頻器參數(shù)設(shè)定問題是在負載、變頻器確認都正常的情況下必須懷疑的因素，這里面包括加速時間太短、PID調(diào)節(jié)器的比例P和積分時間I參數(shù)不合理、超調(diào)過大等等，所有這

8、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。針對變頻器問題，主要檢查：（1）升速時間設(shè)定太短，加長加速時間；（2） 減速時間設(shè)定太短，加長減速時間；（3） 轉(zhuǎn)矩補償（U/f比）設(shè)定太大，引起低頻時空載電流過大；（4） 電子熱繼電器整定不當，動作電流設(shè)定得太小，引起變頻器誤動作。同樣仔細檢查也沒有發(fā)現(xiàn)任何異樣。3 軸電壓和軸電流引起的異常問題由于變頻器本身、負載以及參數(shù)均未出現(xiàn)任何問題，因此便更換軸承正常工作，但發(fā)現(xiàn)在同樣的運行時間周期后，變頻器過流故障，電機軸承仍舊變黑，導(dǎo)致故障重演。此時，就懷疑是由于軸電壓和軸電流問題。圖2所示為變頻器驅(qū)動感應(yīng)電機的電機模型，Csf為定子與機殼之

9、間的等效電容，Csr為定子與轉(zhuǎn)子之間的等效電容，Crf為轉(zhuǎn)子與機殼之間的等效電容，Rb為軸承對軸的電阻；Cb和Zb為軸承油膜的電容和非線性阻抗。由于在變頻器高頻PWM脈沖輸入下，電機內(nèi)分布電容的電壓耦合作用構(gòu)成系統(tǒng)共模回路，從而引起對地漏電流、軸電壓與軸承電流問題。圖2 變頻器驅(qū)動感應(yīng)電機的電機模型其中軸承電流主要以三種方式存在：dv/dt、電流、EDM(ElectricDischargeMachining)電流和環(huán)路電流。dv/dt電流主要與PWM的上升時間tr有關(guān)，tr越小，dv/dt電流的幅值越大;逆變器載波頻率越高，軸承電流中的dv/dt電流成分越多。EDM電流出現(xiàn)存在一定的偶然性，只

10、有當軸承潤滑油層被擊穿或者軸承內(nèi)部發(fā)生接觸時，存儲在電子轉(zhuǎn)子對地電容Crf上的電荷(1/2CrfUrf)通過軸承等效回路Rb、Cb和Zb對地進行火花式放電，造成軸承光潔度下降，降低使用壽命，嚴重地造成直接損壞。環(huán)路電流發(fā)生在電網(wǎng)變壓器地線、變頻器地線、電機地線及電機負載與大地地線之間的回路(如水泵類負載)中。環(huán)路電流主要造成傳導(dǎo)干擾和地線干擾，對變頻器和電機影響不大。從以上分析可以知道，dv/dt電流是造成軸承電流的主要原因，也是本案例的問題癥結(jié)所在，因此在本案例中必須裝設(shè)dv/dt輸出濾波器， Schaffner公司FN510系列輸出濾波器FN510-16-29，如圖3所示。圖3 濾波器的安裝原理為了驗證安裝F510濾波器的功效，特別測量安裝前的變頻器輸出波形、dv/dt波形和安裝后的變頻器輸出波形、dv/dt波形，分別如圖4、圖5、圖6所示。圖4 安裝dv/dt濾波器前的變頻器輸出波形圖5 安裝dv/dt濾波器后的變頻器輸出波形圖6 安裝濾波器前后的dv/dt波形很明顯，安裝F510系列濾波器后，大大降低了IGBT電動機驅(qū)動端的輸出電壓dv/dt，變頻器的輸出波形也大為改善，且測試后滿足DIN VDE0530標準。4 結(jié)束語裝礦站電振電機出現(xiàn)軸承損壞和過流的原因在于變頻器輸出的PWM導(dǎo)致軸承電流的出現(xiàn)，并大大損傷了電機軸承，導(dǎo)致