《變頻器技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐》課件第4章

情景四變頻器的維修項(xiàng)目一變頻器主電路維修項(xiàng)目二變頻器過(guò)電壓故障維修項(xiàng)目三變頻器缺相故障維修項(xiàng)目四變頻器過(guò)載故障維修項(xiàng)目五變頻器過(guò)電流故障維修

項(xiàng)目一變頻器主電路維修

一、項(xiàng)目背景及要求

交流變頻調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)速精度高、保護(hù)功能完善和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在很多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，這經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)元器件燒壞、老化和保護(hù)功能頻繁動(dòng)作等故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其正常運(yùn)行。根據(jù)變頻器發(fā)生故障的現(xiàn)象或損壞的特征，故障一般可分為兩種：

一種是在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)的自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，并伴隨著一定的故障顯示代碼，其處理措施可根據(jù)隨機(jī)說(shuō)明書(shū)上提供的指導(dǎo)方法進(jìn)行處理和解決。這類(lèi)故障一般是由于變頻器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定不合適或外部條件不滿(mǎn)足變頻器使用要求而產(chǎn)生的一種保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。另一種是由于使用環(huán)境惡劣，高溫、導(dǎo)電粉塵引起的短路，潮濕引起的絕緣程度的降低，或擊穿等突發(fā)故障。這類(lèi)故障發(fā)生后，變頻器一般無(wú)任何顯示，其處理方法是先對(duì)變頻器電路進(jìn)行檢查測(cè)試，更換損壞的元器件，再測(cè)試運(yùn)行以達(dá)到解決故障的目的。

因此，維修人員必須掌握變頻器日常維護(hù)、常見(jiàn)故障的分析和處理的方法。二、知識(shí)講座

(一)變頻器修理的基本方法

變頻器的故障分析和解決不僅需要實(shí)踐檢驗(yàn)，還需要掌握相關(guān)變頻器相關(guān)的理論知識(shí)，理論分析與維修實(shí)踐相結(jié)合以達(dá)到較高的維修水平。

1.維修人員需要學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識(shí)

(1)電力電子技術(shù)：大功率晶體管工作原理，整流電路、逆變電路的基本工作原理。

(2)電動(dòng)機(jī)的基本工作原理與控制方法：電動(dòng)機(jī)的基本工作原理，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等控制方法。

(3)變頻器的基本結(jié)構(gòu)和功能：變頻器的基本結(jié)構(gòu)包括主回路結(jié)構(gòu)、控制電路的基本結(jié)構(gòu)等。變頻器的基本功能包括頻率設(shè)定功能、保護(hù)功能和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能等。

(4)控制技術(shù)：矢量控制、PWM控制等。

2.維修變頻器的主要檢測(cè)儀器

變頻器維修過(guò)程中需要的最基本的檢測(cè)儀器包括指針式萬(wàn)用表、數(shù)字式萬(wàn)用表、頻率計(jì)、示波器、直流電壓源和驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)儀等。

3.變頻器維修的基本步驟

1)靜態(tài)測(cè)試

變頻器出現(xiàn)故障后，首先對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)測(cè)量，確定變頻器的整流電路和逆變電路是否損壞。如果測(cè)出整流電路或逆變電路，不能再對(duì)變頻器進(jìn)行通電測(cè)試，否則會(huì)造成嚴(yán)重后果。

(1)測(cè)試整流電路。

首先找到變頻器內(nèi)部直流電源的P端和N端，將萬(wàn)用表調(diào)到R?×?10擋，紅表棒接到P，黑表棒依次接到R、S、T，可測(cè)得阻值大約有幾十歐，且各相阻值基本相同。然后將黑表棒接到P端，紅表棒依次接到R、S、T，可測(cè)得阻值接近于無(wú)窮大。再將紅表棒接到N端，重復(fù)以上步驟，都應(yīng)得到相同結(jié)果。如果出現(xiàn)以下結(jié)果，可以判定電路已出現(xiàn)異常：①阻值三相不相同，說(shuō)明整流橋故障。②紅表棒接P端時(shí)，電阻無(wú)窮大，可以斷定整流橋故障或啟動(dòng)電阻出現(xiàn)故障。

(2)測(cè)試逆變電路。

先紅表棒接到P端，黑表棒分別接U、V、W上，可測(cè)得阻值大約有幾十歐，且各相阻值基本相同；反之應(yīng)該為無(wú)窮大。然后將黑表棒接到N端，重復(fù)以上步驟應(yīng)得到相同結(jié)果，否則可確定逆變模塊故障。整流橋模塊、逆變器模塊電路如圖4-1-1所示，其測(cè)試結(jié)果如表4-1-1所示。

2)動(dòng)態(tài)測(cè)試

變頻器在靜態(tài)測(cè)試正常以后才能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，即通電測(cè)試。通電之前須確認(rèn)輸入電壓是否正確，檢查變頻器各接口是否連接正確和接口連接是否有松動(dòng)，連接異常有時(shí)可能導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)等情況。單相電源輸入變頻器的測(cè)量電路如圖4-1-2所示。圖4-1-1整流橋模塊、逆變器模塊電路圖4-1-2單相電源輸入變頻器的測(cè)量電路通電后，檢查故障顯示內(nèi)容，根據(jù)錯(cuò)誤代碼查找變頻器使用說(shuō)明書(shū)中有關(guān)錯(cuò)誤指示的原因。如果沒(méi)有顯示故障，首先檢查參數(shù)是否有異常，并將參數(shù)復(fù)歸后在空載(不接電機(jī))情況下啟動(dòng)變頻器，然后測(cè)試U、V、W三相輸出電壓值，如果出現(xiàn)缺相、三相不平衡等情況，則模塊或驅(qū)動(dòng)板等有故障。在輸出電壓正常(無(wú)缺相、三相平衡)的情況下，進(jìn)行帶負(fù)載測(cè)試。在測(cè)試時(shí)，最好是滿(mǎn)負(fù)載測(cè)試。

通過(guò)這一過(guò)程的各種現(xiàn)象，可以初步確定變頻器的故障范圍。

3)故障分析與處理

根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、檢測(cè)等工作，確定故障產(chǎn)生的原因和地方。當(dāng)確定故障發(fā)生的地方后，處理的主要方法是更換損壞的元器件。更換新的元器件最好是選用同品牌、同規(guī)格參數(shù)的產(chǎn)品。

4)試運(yùn)行

變頻器維修完之后，一定要通電試運(yùn)行，最好是帶負(fù)載運(yùn)行。在試運(yùn)行中檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和各種功能是否正常。

5)填寫(xiě)維修記錄

維修記錄主要記錄變頻器的型號(hào)、故障現(xiàn)象、故障原因、處理方法(包括更換元器件的型號(hào)、數(shù)量等)和備注等。對(duì)于新問(wèn)題和特殊情況，要詳細(xì)記錄故障現(xiàn)象、故障分析處理的過(guò)程，及時(shí)總結(jié)，以便以后遇到相同或相似的情況時(shí)參考。

(二)主回路

變頻器的主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路和逆變電路組成，如圖4-1-3所示。圖4-1-3變頻器的主回路

1.整流電路故障損壞診斷流程

整流電路故障損壞診斷流程圖如圖4-1-4所示。圖4-1-4整流電路故障損壞診斷流程圖整流模塊損壞由模塊本身自然老化損壞造成的可能性很小，主要由過(guò)電流、過(guò)電壓或短路故障所引起。導(dǎo)電異物包括金屬異物掉進(jìn)變頻器內(nèi)或?qū)щ娨后w流入變頻器；濾波電路電解電容損壞短路；逆變模塊損壞短路以及壓敏電阻損壞短路等原因。這些都可能引起主回路短路。

主回路過(guò)電壓可能是制動(dòng)電路開(kāi)關(guān)器件損壞開(kāi)路、減速或停止產(chǎn)生的泵生電壓沒(méi)有吸收而疊加到直流高壓上等引起的。

2.逆變模塊損壞故障診斷流程圖

逆變模塊損壞多半是由于驅(qū)動(dòng)電路致使一個(gè)橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件同一時(shí)間導(dǎo)通所造成的，此外，還有冷風(fēng)機(jī)損壞或環(huán)境溫度過(guò)高使逆變模塊長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作，再就是外部負(fù)載不正常，如長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，使逆變模塊也長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行。負(fù)載運(yùn)行過(guò)程中或啟動(dòng)時(shí)負(fù)荷過(guò)重，使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)堵死現(xiàn)象等。所有這些都可能導(dǎo)致逆變模塊損壞。其故障診斷流程圖如圖4-1-5所示。圖4-1-5逆變模塊損壞故障診斷流程圖

(三)主電路常見(jiàn)故障現(xiàn)象、原因和處理方法

現(xiàn)象一：變頻器無(wú)顯示。

原因一：限流電阻損壞開(kāi)路。整流電路的脈動(dòng)直流電壓無(wú)法送到濾波電路，使主回路無(wú)直流電壓輸出，從而使變頻器無(wú)顯示。

處理方法：

(1)檢查限流電路中的繼電器或可控硅是否損壞。

(2)更換限流電阻。

原因二：整流模塊損壞。整流模塊自然老化或主回路有短路現(xiàn)象而使整流模塊損壞，造成整流電路無(wú)脈動(dòng)直流電壓輸出導(dǎo)致變頻器無(wú)顯示。故障診斷和處理方法：

故障一：整流模塊自然老化。

處理方法：更換整流模塊。

故障二：逆變模塊中，至少有一個(gè)橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件短路，造成主回路短路而燒毀整流模塊。

處理方法：

(1)檢查電動(dòng)機(jī)是否有過(guò)載或堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，若有，則消除相應(yīng)現(xiàn)象即可；

(2)檢查驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否正常，若不正常，則處理即可；

(3)更換整流模塊和逆變模塊?，F(xiàn)象二：變頻器輸出電壓缺相。

原因：變頻器輸出電壓缺相，由于逆變電路中有一個(gè)橋臂不工作或驅(qū)動(dòng)電路有一組無(wú)輸出信號(hào)，使逆變電路有一個(gè)橋臂不工作。

處理方法：更換逆變電路或者更換損壞的驅(qū)動(dòng)電路。現(xiàn)象三：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行抖動(dòng)。

原因：電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)運(yùn)行是由于變頻器的輸出電壓值忽大忽小地波動(dòng)造成，而電壓波動(dòng)是由于變頻器逆變電路的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件中，有一個(gè)或不在同一橋臂的一個(gè)以上的開(kāi)關(guān)器件不工作(或驅(qū)動(dòng)信號(hào)不正常導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件不工作)造成的。

處理方法：開(kāi)關(guān)器件不工作則更換逆變電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)不正常則更換驅(qū)動(dòng)電路。

現(xiàn)象四：變頻器輸出電壓偏低。

原因：輸出電壓偏低是因?yàn)橹骰芈分绷麟妷旱陀谡Ｖ怠Ａ硗膺€有逆變模塊老化，驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅值較低。首先，用萬(wàn)用表測(cè)量直流高壓值，確定兩個(gè)原因中的一個(gè)原因。處理方法：

(1)若是整流模塊有一個(gè)以上整流二極管損壞，導(dǎo)致整流電路缺相整流，輸出的脈動(dòng)直流電壓低于正常值，使主回路直流電壓低于正常值，造成變頻器輸出電壓偏低，則更換整流模塊即可。

(2)若是由于濾波電容老化，使容量下降。在帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，充放電量不足，造成變頻器輸出電壓偏低，則更換濾波電容即可。

(3)若是由于逆變模塊老化而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)元件在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，有較高的電壓降，造成變頻器輸出電壓偏低，則更換逆變模塊即可。三、案例分析一：三菱變頻器主電路檢修

故障現(xiàn)象：一臺(tái)三菱FR540變頻器，3.7kW，開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)變頻器無(wú)任何顯示。

故障檢測(cè)與分析：經(jīng)靜態(tài)檢測(cè)，變頻器整流電路損壞，逆變電路正常。此變頻器使用時(shí)間較長(zhǎng)，內(nèi)部灰塵較多，初步判定整流電路是由于自然老化而損壞的。但在清理灰塵和進(jìn)一步的檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主回路電路板有跳火痕跡，進(jìn)一步清理發(fā)現(xiàn)限流電路中限流電阻和短路繼電器觸點(diǎn)因跳火而燒在一起，導(dǎo)致整流模塊損壞。

處理方法：更換整流模塊和限流電路后，變頻器正常運(yùn)行。四、案例分析二：西門(mén)子變頻器主電路檢修

故障現(xiàn)象：一臺(tái)西門(mén)子MM4406SE6440-2UC17-5AA0，功率0.75kW，開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)變頻器無(wú)任何顯示。

故障檢測(cè)與分析：經(jīng)靜態(tài)檢測(cè)，變頻器整流電路正常，逆變電路損壞。逆變電路損壞多是由于驅(qū)動(dòng)電路造成的，檢查驅(qū)動(dòng)電路發(fā)現(xiàn)有一個(gè)電阻呈黑色有火燒痕跡，此電阻因短路而損壞導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路始終輸出高電平，而使同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而損壞逆變電路。

處理方法：更換電阻后，驅(qū)動(dòng)電路正常工作，變頻器正常運(yùn)行。

項(xiàng)目二變頻器過(guò)電壓維修

一、項(xiàng)目背景及要求

變頻器過(guò)壓保護(hù)是變頻器中間直流母線(xiàn)上的直流電壓超過(guò)設(shè)定的最大值后，采取的保護(hù)措施。變頻器過(guò)壓后為防止內(nèi)部元器件的損壞其過(guò)壓保護(hù)功能將會(huì)動(dòng)作，使變頻器停止運(yùn)行而使設(shè)備無(wú)法正常工作。因此，對(duì)變頻器出現(xiàn)過(guò)壓故障要正確、及時(shí)地處理，以免造成重大事故。二、知識(shí)講座

變頻器的過(guò)電壓集中表現(xiàn)在變頻器直流母線(xiàn)的直流電壓上。正常工作時(shí)，變頻器直流線(xiàn)電壓為三相全波—整流后的平均值。如果以380V電壓計(jì)算，則平均直流電壓為513V。由于電壓型交—直—交變頻器的設(shè)計(jì)，從電動(dòng)機(jī)反饋回來(lái)的能量只能通過(guò)不可控二極管輸入到變頻器直流回路的電解電容上，從而使直流母線(xiàn)電壓上升。過(guò)電壓發(fā)生時(shí)，直流

母線(xiàn)的儲(chǔ)能電容將被充電，當(dāng)電壓上升至760V左右時(shí)，變頻器過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作。因此，對(duì)變頻器來(lái)說(shuō)都有一個(gè)正常的工作電壓范圍，當(dāng)電壓超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)很可能變頻器損壞。

1．變頻器產(chǎn)生過(guò)電壓的原因

常見(jiàn)的過(guò)電壓有輸入交流電源過(guò)壓和再生過(guò)電壓兩種。

1)輸入交流電源過(guò)電壓

輸入交流電源過(guò)電壓是指輸入電源側(cè)的電壓大大超過(guò)正常電壓范圍，一般是由雷電等沖擊電壓造成的過(guò)電壓。

2)再生過(guò)電壓

再生過(guò)電壓主要是電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速超過(guò)了實(shí)際轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電流會(huì)經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管回饋到變頻器的中間直流回路中。如果變頻器沒(méi)有采取消耗這些能量的措施，則這些能量會(huì)導(dǎo)致中間直流電路電容電壓上升，當(dāng)電壓達(dá)到過(guò)電壓限定值時(shí)，變頻器的過(guò)壓保護(hù)裝置就會(huì)動(dòng)作。產(chǎn)生再生過(guò)電壓的原因主要有以下幾種：

(1)當(dāng)變頻器拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，其減速時(shí)間設(shè)的較小，此時(shí)減速過(guò)程屬于再生制動(dòng)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，從而導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高。

(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)所傳動(dòng)的位能負(fù)載下放時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。位能負(fù)載下降過(guò)快，過(guò)多回饋能量導(dǎo)致變頻器中間直流回路電壓升高，發(fā)生過(guò)電壓故障。

(3)變頻器負(fù)載突降會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)速明顯上升，使電機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)能量的集中回饋，可能會(huì)使變頻器中間直流回路電壓升高而引發(fā)過(guò)電壓故障。

(4)多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)同一個(gè)負(fù)載時(shí)也可能出現(xiàn)再生過(guò)電壓故障，這主要是由于負(fù)載匹配不佳引起的。

2．變頻器過(guò)電壓的處理方法

由于變頻器與電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合不同，產(chǎn)生過(guò)電壓的原因也不相同，所以應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的對(duì)策。

(1)如果是由于電壓電源值超過(guò)規(guī)定值而引起的過(guò)電壓，可以采用在輸入側(cè)并聯(lián)浪涌吸收裝置或串聯(lián)電抗器等方法解決。

(2)如果是由于降速時(shí)間過(guò)短引起的過(guò)電壓，若對(duì)停車(chē)時(shí)間或位置無(wú)特殊要求，則可以采用延長(zhǎng)變頻器減速時(shí)間或自由停車(chē)的方法來(lái)解決。如果對(duì)停車(chē)時(shí)間或停車(chē)位置有一定的要求，則可以采用增加直流制動(dòng)和再生制動(dòng)的方法來(lái)解決。

(3)如果是由于負(fù)載突然減小或控制引起的過(guò)電壓，則檢查傳動(dòng)部分是否突然脫落并分析原因和進(jìn)行處理。

(4)如果是由于制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元引起的過(guò)電壓，則檢查制動(dòng)單元是否正?；蛑苿?dòng)電阻是否符合制動(dòng)要求并進(jìn)行處理。三、案例分析

故障現(xiàn)象：某水泥廠(chǎng)使用一臺(tái)三菱FR-S500變頻器(7.5kW)控制一臺(tái)風(fēng)機(jī)，變頻器在運(yùn)行一年后開(kāi)始出現(xiàn)E.OV2定速過(guò)電壓跳閘，維修人員將此變頻器更換成功率更高的FR-740(11kW)，仍出現(xiàn)E.OV2報(bào)警。

故障分析：每次發(fā)生E.OV2報(bào)警后，將變頻器復(fù)位后能正常運(yùn)行，因此要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)變頻器運(yùn)行過(guò)程中的電壓變化情況。經(jīng)過(guò)多次不同時(shí)段監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)R-S500變頻器直流母線(xiàn)電壓在恒速運(yùn)行過(guò)程中有上升現(xiàn)象，當(dāng)電壓達(dá)到700?V時(shí)變頻器出現(xiàn)E.OV2報(bào)警并跳閘，從此上升現(xiàn)象及報(bào)警信息可以看出，由于風(fēng)機(jī)在定速運(yùn)行過(guò)程中重心不穩(wěn)定而出現(xiàn)的再生能量制動(dòng)回饋，再生能量使變頻器內(nèi)部的主回路直流電壓超過(guò)規(guī)定值，保護(hù)回路動(dòng)作。變頻器輸出電源系統(tǒng)中發(fā)生的浪涌電壓也可能引起電壓的上升現(xiàn)象。為了進(jìn)一步證明不是變頻器故障產(chǎn)生的報(bào)警、跳閘，用此變頻器控制一臺(tái)剛使用不久的風(fēng)機(jī)，結(jié)果變頻器運(yùn)行正常，由此可以看出E.OV2報(bào)警故障與變頻器無(wú)關(guān)。

處理方法：對(duì)于變頻器在定速運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的能量回饋現(xiàn)象，一般采用直流制動(dòng)的方法，在變頻器P1端和?-?端加一個(gè)制動(dòng)電阻即可。制動(dòng)電阻阻值的大小可查表、計(jì)算或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得，針對(duì)三菱FR-S500變頻器(7.5kW)，此電阻取500W/1000W。變頻器上電后，重新修改一下參數(shù)：

Pr.30：再生功能選擇為“1”。

該參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，即“0”為無(wú)能耗制動(dòng)組件或外接制動(dòng)單元的方式進(jìn)行能耗制動(dòng)，而“1”為有能耗制動(dòng)組件。

Pr.70：制動(dòng)使用率為10%。

制動(dòng)使用率根據(jù)實(shí)際情況選擇為10%。當(dāng)Pr.30為“0”時(shí)，Pr.70沒(méi)有顯示，制動(dòng)使用率固定在3%。另外，Pr.70必須設(shè)定在所使用的制動(dòng)電阻發(fā)熱功率內(nèi)，否則會(huì)有過(guò)熱的危險(xiǎn)。

項(xiàng)目三變頻器缺相故障維修

一、項(xiàng)目背景及要求

由于變頻器工作環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)發(fā)生輸入電源缺相、電源接線(xiàn)端子松動(dòng)、三相電源不平衡等原因造成的輸入缺相，輸入缺相會(huì)使變頻器直流母線(xiàn)回路電壓過(guò)低而損害變頻器。變頻器輸出缺相將使電動(dòng)機(jī)處于缺相運(yùn)行狀態(tài)，使電機(jī)一相電流為零，另外兩相電流增大超出正常值，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱急劇增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)缺相故障時(shí)，要根據(jù)故障代碼和故障現(xiàn)象及時(shí)檢查并排除故障，以免使故障擴(kuò)大造成更大的損失。二、知識(shí)講座

(一)變頻器主回路接線(xiàn)及相關(guān)設(shè)備

變頻器主回路主要設(shè)備包括斷路器、變頻器、電動(dòng)機(jī)以及三種設(shè)備之間的連接選件。變頻器主回路單相連接和三相連接示意圖分別如圖4-3-1和圖4-3-2所示。圖4-3-1變頻器主回路單相連接示意圖圖4-3-2變頻器主回路三相連接示意圖

1.無(wú)熔絲短路器(MCCB)、漏電斷路器(ELB)、保險(xiǎn)絲

由于變頻器輸入端和輸出端的電流都含有高頻成分，采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)由高頻成分所造成的漏電電流要大于電網(wǎng)電源供電時(shí)的漏電電流。因?yàn)閿嗦菲鞯姆N類(lèi)很多，所以在某些情況下，即使變頻器電線(xiàn)和電機(jī)的絕緣都沒(méi)有問(wèn)題，仍然有可能出現(xiàn)由于高頻成分的漏電而造成的誤動(dòng)作。可以采取以下對(duì)策：①將漏電斷路器動(dòng)作的靈敏電流值提高到容許的水平；②采用帶有高次諧波對(duì)策的漏電斷路器；③在電源和變頻器之間設(shè)置零相電抗器，抑制零相電流；④盡量縮短變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的電線(xiàn)長(zhǎng)度，并盡量將電線(xiàn)架離地面，以減少浮游電容及漏電電流；⑤當(dāng)無(wú)法改變漏電斷路器動(dòng)作的靈敏電流值時(shí)，在分支電路和包括變頻器的回路中設(shè)置絕緣變壓器；⑥選擇靜電容量小的電線(xiàn)。

2.電磁接觸器(MC)

用變頻器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止等控制是通過(guò)變頻器的控制端子指令進(jìn)行的，而不是通過(guò)電磁接觸器進(jìn)行的，因此在正常運(yùn)行時(shí)并不需要電磁接觸器。但是，為了在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)能夠?qū)⒆冾l器從電源切斷，需要設(shè)置電磁接觸器。此外，在使用制動(dòng)電阻的場(chǎng)合，也需要設(shè)置電磁接觸器。因此，在選擇電磁接觸器時(shí)，應(yīng)注意使其容量滿(mǎn)足額定電流大于變頻器的輸入電流值。

3.輸入電抗器

輸入電抗器又稱(chēng)電源協(xié)調(diào)電抗器，它能夠限制電網(wǎng)電壓突變和由于操作過(guò)電壓而引起的電流沖擊，有效地保護(hù)變頻器和改善其功率因數(shù)，也可有效地抑制諧波電流。輸入電抗器串接在電源進(jìn)線(xiàn)與變頻器輸入側(cè)，用于抑制輸入電流的高次諧波，減少電源浪涌對(duì)變頻器的沖擊，改善三相電源的不平衡性，提高輸入電源的功率因數(shù)(可提高至0.85)。輸入電抗器既能阻止來(lái)自電網(wǎng)的干擾，又能減少整流單元產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染。當(dāng)電源容量很大時(shí)，更要防止各種過(guò)電壓引起的電流沖擊，因?yàn)樗鼈儗?duì)變頻器內(nèi)整流二極管和濾波電容器都是有威脅的。

1)要安裝輸入電抗器的場(chǎng)合。

并非任何場(chǎng)合都需要安裝輸入電抗器，下面三種情況則需安裝輸入電抗器。

①變頻器所用之處的電源容量與變頻器容量之比為10∶1以上；電源容量為600kV·?A及以上，且變頻器安裝位置離大容量電源在10m以?xún)?nèi)。圖4-3-3所示為需要安裝輸入電抗器的電源容量。

②三相電源電壓不平衡率大于3%。電源電壓不平衡系數(shù)K為式中，Umax為最大一相電壓；Umin為最小一相電壓；UP為三相平均電壓。圖4-3-3需要安裝電抗器的電源③當(dāng)有其他晶閘管整流裝置與變頻器共用同一進(jìn)線(xiàn)電源，或進(jìn)線(xiàn)電源端接有通過(guò)開(kāi)關(guān)切換以調(diào)整功率因數(shù)的電容器裝置時(shí)，為減少浪涌對(duì)變頻器的沖擊，必須安裝輸入電抗器。

2)輸入電抗器參數(shù)的選擇

①輸入電抗器壓降的選擇。電輸入電抗器的容量一般按預(yù)期在電抗器每相繞組上的壓降來(lái)決定，而選擇壓降用電網(wǎng)側(cè)相電壓的2%～4%，或按表4-3-1中的數(shù)據(jù)選取。表中，UV為交流輸入相電壓有效值；DUL為電抗器額定電壓降；In為電抗器額定電流。輸入電抗器壓降不宜取得過(guò)大，壓降過(guò)大會(huì)影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。一般情況下選取進(jìn)線(xiàn)電壓的4%(8.8V)已足夠，在較大容量的變頻器中(如75kW以上)可選用10V壓降。②輸入電抗器的額定電流IL的選擇。

單相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流IL=變頻器的額定電流IN

三相變頻器配置的輸入電抗器的額定電流IL?=?變頻器的額定電流IN×0.82

③輸入電抗器的電感量L的計(jì)算。已知壓降和額定電流，則輸入電抗器的電感量L的計(jì)算公式為

4.輸出電抗器

輸出電抗器有助于改善變頻器的過(guò)電流和過(guò)電壓。變頻器和電動(dòng)機(jī)之間采用長(zhǎng)電纜或向多電動(dòng)機(jī)(10～50臺(tái))供電時(shí)，由于變頻器工作頻率高，連接電纜的等效電路成為一個(gè)大電容，而引起下列問(wèn)題：①電纜對(duì)地電容給變頻器額外增加了峰值電流。②由于高頻瞬變電壓，給電動(dòng)機(jī)絕緣額外增加了瞬態(tài)電壓峰值。為了補(bǔ)償長(zhǎng)線(xiàn)分布電容的影響，并能抑制變頻器輸出的諧波，減小變頻器噪聲，避免電動(dòng)機(jī)絕緣過(guò)早老化和電動(dòng)機(jī)損壞，可以選用輸出電抗器來(lái)減小在電動(dòng)機(jī)端子的du/dt值。當(dāng)變頻器和電動(dòng)機(jī)之間使用長(zhǎng)電纜時(shí)，輸出電抗器可以減小負(fù)荷電流的峰值。但是輸出電抗器不能減小電動(dòng)機(jī)端子上瞬變電壓的峰值。

5.輸入側(cè)電源濾波器

輸入側(cè)電源濾波器的作用是降低輸入側(cè)高頻諧波電流，減少諧波對(duì)變頻器的影響。在變頻器工作環(huán)境中，如果高次諧波干擾源較多、諧波強(qiáng)度較大或電磁噪聲太強(qiáng)烈，最好選用輸入側(cè)電源濾波器。

6.輸出側(cè)濾波器

輸出側(cè)濾波器的作用是降低變頻器輸出諧波造成的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲，減少噪聲對(duì)其他電器的影響。在變頻器工作環(huán)境中，如果存在傳感器、測(cè)量?jī)x表等其他精密儀器、儀表，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲會(huì)使它們運(yùn)行異常，最好選用變頻器輸出側(cè)濾波器。

7.直流電抗器

直流電抗器的主要作用是減少輸入電流的高次諧波成分，提高輸入電源的功率因數(shù)，并能限制短路電流。

(1)需要安裝直流電抗器的場(chǎng)合。

①當(dāng)給變頻器供電的同一電源節(jié)點(diǎn)上有開(kāi)關(guān)式無(wú)功補(bǔ)償電容屏或帶有晶閘管相控負(fù)載時(shí)(因電容屏開(kāi)關(guān)切換引起的無(wú)功瞬變致使網(wǎng)壓突變、相控負(fù)載造成的諧波和電網(wǎng)波形缺口，有可能對(duì)變頻器的輸入整流電路造成損害)。

②當(dāng)變頻器供電三相電源的不平衡度超過(guò)3%?時(shí)。

③當(dāng)要求提高變頻器輸入端功率因數(shù)到0.93以上時(shí)。

④當(dāng)變頻器接入大容量變壓器時(shí)(因變頻器的輸入電源回路流過(guò)的電流有可能對(duì)整流電路造成損害)。

(2)直流電抗器的選擇。直流電抗器的計(jì)算和設(shè)計(jì)的原則同一般電抗器，電抗器的電感量以基波電流流經(jīng)電抗器時(shí)的壓降不大于額定電壓為宜。

(二)變頻器缺相故障的檢測(cè)

當(dāng)發(fā)生變頻器輸入缺相時(shí)，變頻器仍會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)濾波電容會(huì)被反復(fù)的充電，這樣會(huì)損壞電容從而導(dǎo)致整臺(tái)變頻器損壞。變頻器輸入缺相檢測(cè)最常用、最簡(jiǎn)單的方法就是使用硬件檢測(cè)，硬件檢測(cè)電路如圖4-3-4所示。

在此電路中，濾波電容C0上的電壓高低將反映R、S、T三相輸入有無(wú)缺相，當(dāng)發(fā)生缺相時(shí)，C0上的電壓降低，光耦器件將不導(dǎo)通，A點(diǎn)的信號(hào)為高電平，對(duì)應(yīng)缺相的發(fā)生。圖4-3-4變頻器輸入缺相的硬件檢測(cè)電路

(三)電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的后果

1.運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)缺相

(1)當(dāng)滿(mǎn)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于過(guò)流狀態(tài)，表現(xiàn)為電機(jī)噪聲較大，轉(zhuǎn)速急劇下降，電動(dòng)機(jī)溫度急速上升并燒壞電動(dòng)機(jī)。

(2)當(dāng)輕載運(yùn)行電動(dòng)機(jī)缺相時(shí)，電動(dòng)機(jī)因?yàn)樵趹T性的作用下會(huì)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，但轉(zhuǎn)速會(huì)有所降低。未缺相的繞組電流迅速增加，使這相繞組由于溫度過(guò)高而被燒毀。

2.啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)缺相

當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生缺相，轉(zhuǎn)子左右擺動(dòng)，有很大的“嗡嗡”聲，電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，其繞組電流為額定電流的4～7倍，發(fā)熱量為正常發(fā)熱量的10～30倍，因其溫升過(guò)快而燒壞電動(dòng)機(jī)。

(四)缺相故障定位

如果變頻器出現(xiàn)缺相故障，變頻器故障代碼會(huì)顯示輸入側(cè)缺相或輸出側(cè)缺相，輸入缺相或電源缺相故障診斷流程圖如圖4-3-5所示，輸出缺相故障診斷流程圖如圖4-3-6所示。圖4-3-5輸入缺相或電源缺相故障診斷流程圖圖4-3-6輸出缺相故障診斷流程圖三、案例分析一：變頻器輸出缺相

故障現(xiàn)象：

某廠(chǎng)使用西門(mén)子MM440-6SE6440-2UD21-1AA0變頻器控制傳送帶電機(jī)，變頻器額定功率為1.1kW，額定電壓為380V，使用時(shí)間已15個(gè)月。在最近的使用過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生變頻器故障報(bào)警，故障代碼F003(欠電壓)。故障檢測(cè)分析與處理：

首先用萬(wàn)用表測(cè)量變頻器的輸入電壓，約380?V，正常；再按Fn鍵(功能鍵)查看變頻器輸出電壓，約200?V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于變頻器正常工作電壓(50?Hz時(shí)輸出電壓380?V)，由此判斷變頻器損壞。更換同型號(hào)變頻器重新運(yùn)行，運(yùn)行一段時(shí)間后，依然出現(xiàn)F003故障報(bào)警，由此判斷變頻器沒(méi)有損壞?？赡苁怯捎陔妱?dòng)機(jī)缺相引起的變頻器報(bào)警。

用萬(wàn)用表測(cè)量變頻器輸出端電動(dòng)機(jī)三相繞組阻抗，結(jié)果三相平衡，對(duì)地也正常。打開(kāi)電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)盒，斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)的輸入電源線(xiàn)，再次測(cè)量電動(dòng)機(jī)三相繞組阻抗依然正常，因此可以判斷電動(dòng)機(jī)正常，由此可以推斷可能是電動(dòng)機(jī)電源輸入線(xiàn)斷相造成的。更換電線(xiàn)后，重新運(yùn)行，恢復(fù)正常。四、案例分析二：變頻器輸入缺相

故障現(xiàn)象：

某廠(chǎng)使用西門(mén)子MM440-6SE6440-2UC31-1DA0控制風(fēng)機(jī)，變頻器額定功率為11kW，額定電壓為380V。變頻器在安裝調(diào)試運(yùn)行結(jié)束后，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)跳閘，操作盤(pán)顯示故障代碼F003(欠電壓)。故障檢測(cè)分析與處理：

查看變頻器運(yùn)行故障記錄，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)輸入缺相故障時(shí)電動(dòng)機(jī)電流均在48?A左右，直流母線(xiàn)電壓正常，測(cè)量變頻器輸入電壓正常。暫停后重新開(kāi)機(jī)，變頻器在加速運(yùn)行的過(guò)程中監(jiān)測(cè)變頻器的輸入電壓，當(dāng)電流到42?A以上時(shí)，T端電壓較其他兩相電壓低很多，在48?A時(shí)出現(xiàn)F003故障報(bào)警。檢查變頻器輸入設(shè)備，發(fā)現(xiàn)輸入空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)和交流接觸器有很厚的灰塵，在清潔接觸器的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)接觸有一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)發(fā)黑，當(dāng)接觸由斷開(kāi)變閉合、流過(guò)的電流較大時(shí)，出現(xiàn)火花而造成壓降。

更換交流接觸器，將電源輸入設(shè)備清潔后，變頻器運(yùn)行正常。

項(xiàng)目四變頻器過(guò)載故障維修

一、項(xiàng)目背景及要求

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行電流超過(guò)額定值但又小于過(guò)流的限定值，運(yùn)行一段時(shí)間后變頻器就會(huì)產(chǎn)生過(guò)載保護(hù)，這就是變頻器過(guò)載。變頻器過(guò)載的基本特征是：電流雖然超過(guò)了額定值，但超過(guò)的幅度并不大，一般也不會(huì)形成較大的沖擊電流，否則就是過(guò)流故障了。過(guò)載報(bào)警有一個(gè)時(shí)間積累的過(guò)程，過(guò)載報(bào)警時(shí)間的長(zhǎng)短與過(guò)載電流的大小有關(guān)，過(guò)載電流越大，報(bào)警時(shí)間越短。

過(guò)載也是變頻器跳閘比較頻繁的故障之一，維修人員要正確區(qū)分過(guò)載與過(guò)流，了解它們的成因以及不同的處理方法，以便發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)地被排除。二、知識(shí)講座

(一)過(guò)載保護(hù)與過(guò)流保護(hù)的區(qū)別

1.保護(hù)對(duì)象不同

過(guò)流保護(hù)主要用于保護(hù)變頻器，而過(guò)載保護(hù)主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樵谶x擇變頻器時(shí)，變頻器的容量比電動(dòng)機(jī)的容量大一擋或者兩擋，因此在這種情況下，電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，變頻器不一定過(guò)流。

2.電流的變化率不同

過(guò)載保護(hù)發(fā)生在生產(chǎn)機(jī)械的工作過(guò)程中，電流的變化率通常較小，但除了過(guò)載以外的其他過(guò)電流，往往都帶有突發(fā)性，電流的變化率較大。

3.過(guò)載保護(hù)具有反時(shí)限特性

過(guò)載保護(hù)主要是防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，故具有類(lèi)似于熱繼電器的“反時(shí)限”特點(diǎn)。就是說(shuō)，如果與額定電流相比，超過(guò)的不多，則允許運(yùn)行的時(shí)間可以長(zhǎng)一些，但如果超過(guò)的較多的話(huà)，允許運(yùn)行的時(shí)間將縮短，此外，由于在頻率下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的散熱狀況變差。因此，在同樣過(guò)載50%的情況下，頻率越低，則允許運(yùn)行的時(shí)間越短。

(二)過(guò)載的主要原因及處理方法

1.機(jī)械負(fù)荷過(guò)重

(1)故障現(xiàn)象。

①電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，手觸摸運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)的外殼，明顯發(fā)燙。

②從變頻器顯示屏上讀取運(yùn)行電流，并與電動(dòng)機(jī)的額定電流進(jìn)行比較，明顯偏大。

(2)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷過(guò)重的原因及處理方法。

①電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作在額定負(fù)載下或負(fù)載大小不可控，瞬時(shí)產(chǎn)生過(guò)載。如果電動(dòng)機(jī)采用降速傳動(dòng)，并且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，則可以適當(dāng)加大傳動(dòng)比，以減輕電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷。如果傳動(dòng)比無(wú)法加大，則應(yīng)加大電動(dòng)機(jī)的容量，否則長(zhǎng)期過(guò)載會(huì)燒壞電動(dòng)機(jī)；如果是電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量沒(méi)有超過(guò)規(guī)定值，而工作電流超過(guò)了變頻器的過(guò)載電流，則是由于變頻器容量較小，應(yīng)換大一級(jí)的變頻器。②變頻器參數(shù)設(shè)置不合理。變頻器有電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)功能，代替了熱繼電器。在使用過(guò)程中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電流進(jìn)行設(shè)置。A.如果該保護(hù)電流設(shè)置得比較小，電動(dòng)機(jī)實(shí)際沒(méi)有過(guò)載，而變頻器達(dá)到了設(shè)定的電流，則變頻器就過(guò)載跳閘。這種情況可以重新設(shè)置過(guò)載電流，將過(guò)載電流設(shè)置得高一些，一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的105%～110%。B.變頻器沒(méi)有過(guò)流報(bào)警，但電動(dòng)機(jī)過(guò)流燒壞。發(fā)生該現(xiàn)象主要是所選變頻器的容量比電動(dòng)機(jī)的容量大得多，而變頻器的過(guò)載電流設(shè)置沒(méi)有改動(dòng)，還是原來(lái)的默認(rèn)值，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)變頻器不跳閘，時(shí)間一長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)將燒壞。

2.三相電壓不平衡

(1)故障現(xiàn)象。變頻器由輸出電壓不平和、缺相等引起某相電流過(guò)大，導(dǎo)致過(guò)載跳閘。由此原因產(chǎn)生的跳閘，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不均勻，從變頻器顯示屏上讀取運(yùn)行電流時(shí)不一定會(huì)發(fā)現(xiàn)三相電流不平衡(因?yàn)楹芏嘧冾l器只顯示一相電流)。最有效的方法是用萬(wàn)用表測(cè)量變頻器的三相輸出電壓，看變頻器是否缺相或三相不平衡。

(2)處理方法。如果電動(dòng)機(jī)側(cè)的三相電壓不平衡，則應(yīng)再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如果也不平衡，則問(wèn)題在變頻器內(nèi)部，應(yīng)檢查變頻器的逆變模塊及其驅(qū)動(dòng)

電路。①如果變頻器輸出端的電壓平衡，則問(wèn)題出在從變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的線(xiàn)路上，應(yīng)檢査所有接線(xiàn)端的螺釘是否都已擰緊。如果在變頻器和電動(dòng)機(jī)之間有接觸器或其他電器，則還應(yīng)檢査有關(guān)電器的接線(xiàn)端是否都已擰緊及觸點(diǎn)的接觸狀況是否良好等。

②如果電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓平衡，則應(yīng)了解跳閘時(shí)的工作頻率。若工作頻率較低，又未用矢量控制(或無(wú)矢量控制)，則首先降低V/f比；若降低后仍能帶動(dòng)負(fù)載，則說(shuō)明原來(lái)預(yù)置的V/f比過(guò)高，勵(lì)磁電流的峰值偏大，可通過(guò)降低V/f的比值來(lái)減小電流；若降低后帶不動(dòng)負(fù)載了，則應(yīng)考慮加大變頻器的容量；若變頻器具有矢量控制功能，則應(yīng)采用矢量控制方式。

3.誤動(dòng)作

變頻器內(nèi)部電流檢測(cè)部分發(fā)生故障，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱量并不大但檢測(cè)出變頻器的電流信號(hào)偏大，導(dǎo)致過(guò)載跳閘，這是變頻器的檢測(cè)電路誤動(dòng)作。這種情況原則上要對(duì)變頻器的檢測(cè)電路進(jìn)行維修，但也可以嘗試將過(guò)載電流設(shè)置稍大一些，解除誤動(dòng)作。

(三)變頻器過(guò)載故障診斷流程

變頻器過(guò)載故障診斷流程圖如圖4-4-1所示。圖4-4-1變頻器過(guò)載故障診斷流程圖三、案例分析一：西門(mén)子變頻器輸出頻率不能上升到預(yù)定值

故障現(xiàn)象：

一臺(tái)西門(mén)子MM440-6SE6440-2UC33-0FA0變頻器，額定功率為30kW，拖動(dòng)一臺(tái)17.5kW的水泵恒壓供水，管道壓力為0.2MPa，變頻器的上限頻率設(shè)為50Hz。在變頻器工作時(shí)，當(dāng)頻率上升到40?Hz左右時(shí)就不再上升，水壓不能達(dá)到恒壓要求，同時(shí)變頻器出現(xiàn)F005故障報(bào)警。故障分析與處理：

該變頻器采用節(jié)點(diǎn)壓力表作為壓力控制，當(dāng)用水量增大時(shí)，變頻器的輸出頻率上升到40Hz左右時(shí)，變頻器報(bào)警過(guò)載，頻率不再上升，管道壓力為0.08MPa。當(dāng)用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率上升到45Hz時(shí)，管道壓力上升到0.14MPa。查看過(guò)載電流為33A，它是17.5kW電動(dòng)機(jī)的額定電流。由于電動(dòng)機(jī)可以在45?Hz的頻率長(zhǎng)時(shí)間工作，因此可以初步判定電動(dòng)機(jī)沒(méi)有短路故障。

查看此恒壓供水系統(tǒng)維護(hù)維修記錄，此系統(tǒng)工作一年后，為了提高用水量，將水泵電動(dòng)機(jī)更換為22kW，但變頻器的參數(shù)沒(méi)有做相應(yīng)的改動(dòng)，還是按照17.5kW電動(dòng)機(jī)的參數(shù)運(yùn)行。

因西門(mén)子變頻器具有電流限制功能，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的電流時(shí)變頻器的輸出頻率就不再升高。重新按照22kW電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置變頻器的相應(yīng)參數(shù)，供水系統(tǒng)正常工作。四、案例分析二：頻繁過(guò)載跳閘

故障現(xiàn)象：

一臺(tái)三菱FR-E740-11K-CHT變頻器，額定功率為11kW，用來(lái)拖動(dòng)一臺(tái)7.5?kW電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的額定電流為15?A，投入運(yùn)行后，頻繁過(guò)載跳閘，故障代碼E.THM(電機(jī)過(guò)負(fù)載跳閘)。經(jīng)測(cè)定電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流達(dá)到50A，為電動(dòng)機(jī)額定電流的3倍。故障分析與處理：

因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流很大，檢查機(jī)械部分是否卡死，盤(pán)車(chē)是否輕松，是否有堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象。檢查電動(dòng)機(jī)是否有缺相和短路故障。如電動(dòng)機(jī)及機(jī)械部分沒(méi)有任何故障，對(duì)照變頻器使用說(shuō)明書(shū)檢測(cè)參數(shù)設(shè)置，發(fā)現(xiàn)“頻率偏置”原設(shè)定值為5?Hz，它是指變頻器在接到運(yùn)行指令但未給出頻率控制信號(hào)之前，電動(dòng)機(jī)一直接收5?Hz的低頻運(yùn)行指令而無(wú)法啟動(dòng)所造成的過(guò)載。

該電動(dòng)機(jī)為6極(P=3)，970r/min，轉(zhuǎn)速差為30r/min，轉(zhuǎn)差頻率為30P/60=30×3/60=1.5Hz。變頻器設(shè)置的頻率偏置是轉(zhuǎn)差頻率的3倍多。由于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率設(shè)置偏高，因此，電動(dòng)機(jī)還沒(méi)來(lái)得及轉(zhuǎn)動(dòng)就已經(jīng)形成過(guò)電流。

將變頻器的頻率偏置設(shè)為1.5Hz以下，保證電動(dòng)機(jī)有一定的預(yù)轉(zhuǎn)矩，變頻器恢復(fù)正常工作。

項(xiàng)目五變頻器過(guò)電流故障維修

一、項(xiàng)目背景及要求

變頻器在調(diào)試與使用過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)電流的情況較為常見(jiàn)，這種情況一旦發(fā)生，輕則保護(hù)動(dòng)作，使變頻器和整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)停止運(yùn)行，影響生產(chǎn)；重則損壞變頻器與系統(tǒng)設(shè)備。變頻器的過(guò)電流故障可分為短路、輕載、重載、加速、減速和恒速過(guò)電流故障。

變頻器過(guò)電流故障一般是由于變頻器的加減速時(shí)間設(shè)定太短、負(fù)載突變、負(fù)荷分配不均勻和輸出短路等原因引起的。變頻器中過(guò)電流保護(hù)的對(duì)象主要是指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過(guò)變頻器的容許值。由于變頻器中電力電子開(kāi)關(guān)元器件的過(guò)載能力比較差，因此變頻器的過(guò)電流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)。

二、知識(shí)講座

(一)變頻器產(chǎn)生過(guò)電流故障的原因

變頻器發(fā)生過(guò)電流故障的原因可以分為外部原因和變頻器本身的原因兩個(gè)方面。

1.變頻器外部的原因引起的過(guò)電流

(1)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載突然變化，產(chǎn)生的沖擊電流過(guò)大。這類(lèi)故障一般是暫時(shí)的，重新啟動(dòng)后就會(huì)恢復(fù)正常運(yùn)行。如果經(jīng)常會(huì)有負(fù)載突變的情況，應(yīng)采取措施，限制負(fù)載突變或更換較大容量的變頻器。建議選用直接轉(zhuǎn)矩控制方式的變頻器。這種變頻器動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制速度非?？?、具有速度環(huán)自適應(yīng)能力，從而使變頻器輸出電流平穩(wěn)，避免過(guò)電流。

(2)變頻器電源側(cè)缺相、輸出側(cè)斷線(xiàn)、電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障和接地故障引起的過(guò)電流。

(3)電動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電纜的絕緣被破壞，出現(xiàn)匝間或相間對(duì)地短路，形成短路電流。

(4)變頻器輸出側(cè)裝有電力電容或浪涌吸收裝置，容易造成輸出端的電流沖擊。

(5)速度反饋信號(hào)丟失或不正常，引起過(guò)電流。

(6)變頻器的運(yùn)行控制電路遭到電磁干擾，導(dǎo)致控制信號(hào)錯(cuò)誤，引起變頻器工作錯(cuò)誤。速度反饋信號(hào)丟失或非正常時(shí)，也會(huì)引起過(guò)電流。

(7)變頻器的容量選擇不當(dāng)，與負(fù)載特性不匹配，引起變頻器功能失常，工作異常，造成過(guò)電流、過(guò)載甚至損壞。

2.變頻器本身的問(wèn)題引起的過(guò)電流

(1)參數(shù)設(shè)定不正確，電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間設(shè)定太短或PID調(diào)節(jié)器中的比例與積分時(shí)間參數(shù)不合理，使超調(diào)過(guò)大，變頻器輸出電流振蕩。

(2)電流互感器損壞，主電路有電輸入，變頻器未啟動(dòng)就有電流顯示。

(3)主電路接口板電流檢測(cè)通道損壞，出現(xiàn)過(guò)電流。

(4)電流反饋信號(hào)線(xiàn)接觸不良，過(guò)電流現(xiàn)象時(shí)有時(shí)無(wú)。

(二)處理方法

1.對(duì)變頻器外部原因引起的過(guò)電流的處理方法

(1)負(fù)載不穩(wěn)定，可采用DTC模式，控制速度快，能有效地抑制過(guò)電流。

(2)拆除變頻器輸出側(cè)的電力電容或浪涌吸收裝置，為提高功率因數(shù)可在輸入端并接適當(dāng)?shù)碾娙荨?/p>

(3)加強(qiáng)檢查與維護(hù)工作，保證電動(dòng)機(jī)與動(dòng)力電纜的絕緣完好，保證速度反饋通道與反饋信號(hào)的完整。

2.對(duì)由變頻器本身引起的過(guò)電流的處理方法

(1)適當(dāng)延長(zhǎng)變頻器的加速時(shí)間，調(diào)整好PID調(diào)節(jié)器的時(shí)間參數(shù)。

(2)加強(qiáng)檢查與維護(hù)工作，確保電流互感器的正常運(yùn)行，注意防塵、防潮，維護(hù)工作環(huán)境，不使電路板腐蝕受損，緊固連接插件，使電流反饋信號(hào)線(xiàn)接觸良好等。

(三)變頻器過(guò)電流分類(lèi)

1.短路故障

(1)故障特點(diǎn)：

①第一次跳閘有可能在變頻器運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生，但如復(fù)位后再啟動(dòng)，則往往一升速就跳閘。

②變頻器具有很大的沖擊電流，但大多數(shù)已經(jīng)能夠進(jìn)行跳閘保護(hù)，而不會(huì)損壞。由于保護(hù)跳閘十分迅速，因此難以觀(guān)察其電流的大小。

(2)診斷與處理方法：第一步，首選要判斷是否短路。為了便于判斷，在復(fù)位后，可在輸入側(cè)接入一個(gè)電壓表，重新啟動(dòng)時(shí)，電位器從零開(kāi)始緩慢旋動(dòng)，同時(shí)，注意觀(guān)察電壓表。如果變頻器的輸出頻率剛上升就立即跳閘，且電壓表的指針有瞬間回“0”的跡象，則說(shuō)明變頻器的輸出端已經(jīng)短路或接地。第二步，要判斷是在變頻器內(nèi)部短路，還是在外部短路。這時(shí)，應(yīng)將變頻器輸出端的接線(xiàn)脫開(kāi)，再旋動(dòng)電位器，使頻率上升，如仍跳閘，說(shuō)明變頻器內(nèi)部短路；如不再跳閘，則說(shuō)明是變頻器外部短路，應(yīng)檢查從變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的線(xiàn)路及電動(dòng)機(jī)本身。

2.輕載過(guò)電流

(1)故障特點(diǎn)：輕載過(guò)電流負(fù)載很輕，卻又過(guò)電流跳閘。這是變頻調(diào)速所特有的現(xiàn)象。在V/f控制模式下，存在著一個(gè)十分突出的問(wèn)題：在運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)磁路系統(tǒng)不穩(wěn)定。其基本原因在于：

①電動(dòng)機(jī)低頻(fX下降)運(yùn)行時(shí)，由于電壓U下降，電阻壓降I?×?r1所占比例增加，而反電動(dòng)勢(shì)E1所占的比例減小，比值E/F和磁通量也隨之減小。為了能帶動(dòng)較重的負(fù)載，常常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(即提高V/f比，也稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩提升)。而當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電阻壓降I×r1和反電動(dòng)勢(shì)E1所占的比例、比值E/F和磁通量等也隨之變化，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)磁路的飽和程度隨負(fù)載的輕重而變化。這種由電動(dòng)機(jī)磁路飽和而引起的過(guò)電流跳閘，主要發(fā)生在低頻、輕載的情況下。②在進(jìn)行變頻器的功能預(yù)置時(shí)，通常是以重載時(shí)也能帶得動(dòng)負(fù)載作為依據(jù)來(lái)設(shè)定V/f比的。顯然，重載時(shí)電流I和電阻壓降DUr都大，需要的補(bǔ)償量也大。但是，這樣一來(lái)，當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，I和DUr較小，必將引起“過(guò)補(bǔ)償”，導(dǎo)