變頻器過(guò)載的原因分析.doc

變頻器過(guò)載的原因分析發(fā)布日期：2008-5-16 10:49:03 訪問(wèn)次數(shù):967 轉(zhuǎn)載 1、過(guò)電流跳閘及原因分析 變頻器的過(guò)電流跳閘又分短路故障、運(yùn)行過(guò)程中跳閘和升、降速過(guò)程中跳閘等情況。1.1短路故障 （1）故障特點(diǎn) a）第一次跳閘有可能在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生，但如復(fù)位后再起動(dòng)，則往往一升速就跳閘。 b）具有很大的沖擊電流，但大多數(shù)變頻器已經(jīng)能夠進(jìn)行保護(hù)跳閘，而不會(huì)損壞。由于保護(hù)跳閘十分迅速，難以觀察其電流的大小。 （2）判斷與處理 第一步，首選要判斷是否短路。為了便于判斷，在復(fù)位后再起動(dòng)前，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)之間的線路，以及電動(dòng)機(jī)本身。 1.2、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：就是在運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)磁路系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其基本原因在于： 低頻運(yùn)行時(shí)，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U/f比，也叫轉(zhuǎn)矩提升）。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)磁路飽和引起的過(guò)電流跳閘，主要發(fā)生在低頻、輕載的情況下。解決方法：反復(fù)調(diào)整U/f比。 1.3重載過(guò)電流 （1）故障現(xiàn)象 有些生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷突然加重，甚至“卡住”，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速因帶不動(dòng)而大幅下降，電流急劇增加，過(guò)載保護(hù)來(lái)不及動(dòng)作，導(dǎo)致過(guò)電流跳閘。 （2）解決方法 a）首先了解機(jī)械本身是否有故障，如果有故障，則修理機(jī)器。 b）如果這種過(guò)載屬于生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的現(xiàn)象，則首先考慮能否加大電動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間的傳動(dòng)比？適當(dāng)加大傳動(dòng)比，可減輕電動(dòng)機(jī)軸上的阻轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)帶不動(dòng)的情況。如無(wú)法加大傳動(dòng)比，則只有考慮增大電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量了。 1.4升速或降速中過(guò)電流 這是由于升速或降速過(guò)快引起的，可采取的措施有如下： （1）延長(zhǎng)升（降）速時(shí)間 首先了解根據(jù)生產(chǎn)工藝要求是否允許延長(zhǎng)升速或降速時(shí)間，如允許，則可延長(zhǎng)升（降）速時(shí)間。（2）準(zhǔn)確預(yù)置升（降）速自處理（防失速）功能 變頻器對(duì)于升、降速過(guò)程中的過(guò)電流，設(shè)置了自處理（防失速）功能。當(dāng)升（降）電流超過(guò)預(yù)置的上限電流時(shí)，將暫停升（降）速，待電流降至設(shè)定值以下時(shí)，再繼續(xù)升（降）速。 2、過(guò)載跳閘及原因分析 電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流超過(guò)了額定值，稱為過(guò)載。 過(guò)載的基本反映是：電流雖然超過(guò)了額定值，但超過(guò)的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流。 2.1過(guò)載的主要原因 （1）機(jī)械負(fù)荷過(guò)重，負(fù)荷過(guò)重的主要特征是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，并可從顯示屏上讀取運(yùn)行電流來(lái)發(fā)現(xiàn)。 （2）三相電壓不平衡，引起某相的運(yùn)行電流過(guò)大，導(dǎo)致過(guò)載跳閘，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運(yùn)行電流時(shí)不一定能發(fā)現(xiàn)（因顯示屏只顯示一相電流）。 （3）誤動(dòng)作，變頻器內(nèi)部的電流檢測(cè)部分發(fā)生故障，檢測(cè)出的電流信號(hào)偏大，導(dǎo)致跳閘。 2.2檢查方法 （1）檢查電動(dòng)機(jī)是否發(fā)熱，如果電動(dòng)機(jī)的溫升不高，則首先應(yīng) 檢查變頻器的電子熱保護(hù)功能預(yù)置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應(yīng)放寬電子熱保護(hù)功能的預(yù)置值。 如果電動(dòng)機(jī)的溫升過(guò)高，而所出現(xiàn)的過(guò)載又屬于正常過(guò)載，則說(shuō)明是電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷過(guò)重。這時(shí)，首先應(yīng)能否適當(dāng)加大傳動(dòng)比，以減輕電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳動(dòng)比。如果傳動(dòng)比無(wú)法加大，則應(yīng)加大電動(dòng)機(jī)的容量。 （2）檢查電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓是否平衡，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，如也不平衡，則問(wèn)題在變頻器內(nèi)部。 如變頻器輸出端的電壓平衡，則問(wèn)題在從變頻器到電動(dòng)機(jī)之間的線路上，應(yīng)檢查所有接線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)檢查有關(guān)電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點(diǎn)的接觸狀況是否良好等。 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： 如工作頻率較低，又未用矢量控制（或無(wú)矢量控制），則首先降低U/f比，如果降低后仍能帶動(dòng)負(fù)載，則說(shuō)明原來(lái)預(yù)置的U/f比過(guò)高，勵(lì)磁電流的峰值偏大，可通過(guò)降低U/f比來(lái)減小電流 ；如果降低后帶不動(dòng)負(fù)載了，則應(yīng)考慮加大變頻器的容量；如果變頻器具有矢量控制功能，則應(yīng)采用矢量控制方式。、基礎(chǔ)知識(shí) 1、概述 各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC）。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“inverter”(逆變器)。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器，變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱進(jìn)行出售。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬間斷電。 2. 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變？ r/min電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm.例如：4極電機(jī) 60Hz 1,800 r/min，4極電機(jī) 50Hz 1,500 r/min，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例。 本文中所指的電機(jī)為感應(yīng)式交流電機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域所使用的大部分電機(jī)均為此類型電機(jī)。感應(yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變?cè)撝祦?lái)調(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率是電機(jī)供電電源的電信號(hào)，所以該值能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。n = 60f/p，n: 同步速度，f: 電源頻率 ，p: 電機(jī)極數(shù)，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法 。如果僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時(shí)，該問(wèn)題就非常突出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓，例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。 如果要正確的使用變頻器, 必須認(rèn)真地考慮散熱的問(wèn)題。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)的上升。使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)的下降。環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。因此，我們要重視散熱問(wèn)題啊！在變頻器工作時(shí)，流過(guò)變頻器的電流是很大的, 變頻器產(chǎn)生的熱量也是非常大的，不能忽視其發(fā)熱所產(chǎn)生的影響。 通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺(tái)變頻器的發(fā)熱量大概是多少. 可以用以下公式估算: 發(fā)熱量的近似值 變頻器容量（KW）55 W在這里, 如果變頻器容量是以恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為準(zhǔn)的(過(guò)流能力150% 60s) 如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器, 并且也在柜子里面, 這時(shí)發(fā)熱量會(huì)更大一些。 電抗器安裝在變頻器側(cè)面或測(cè)上方比較好。這時(shí)可以用估算: 變頻器容量（KW）60 W因?yàn)楦髯冾l器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對(duì)各品牌的產(chǎn)品. 注意： 如果有制動(dòng)電阻的話，因?yàn)橹苿?dòng)電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開(kāi)， 如裝在柜子上面或旁邊等。那么, 怎樣采能降低控制柜內(nèi)的發(fā)熱量呢? 當(dāng)變頻器安裝在控制機(jī)柜中時(shí)，要考慮變頻器發(fā)熱值的問(wèn)題。根據(jù)機(jī)柜內(nèi)產(chǎn)生熱量值的增加，要適當(dāng)?shù)卦黾訖C(jī)柜的尺寸。因此，要使控制機(jī)柜的尺寸盡量減小，就必須要使機(jī)柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時(shí)，把變頻器的散熱器部分放到控制機(jī)柜的外面，將會(huì)使變頻器有70的發(fā)熱量釋放到控制機(jī)柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對(duì)大容量變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔開(kāi), 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。變頻器散熱設(shè)計(jì)中都是以垂直安裝為基礎(chǔ)的，橫著放散熱會(huì)變差的! 關(guān)于冷卻風(fēng)扇一般功率稍微大一點(diǎn)的變頻器， 都帶有冷卻風(fēng)扇。同時(shí)，也建議在控制柜上出風(fēng)口安裝冷卻風(fēng)扇。進(jìn)風(fēng)口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進(jìn)入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風(fēng)扇都是要的，不能誰(shuí)替代誰(shuí)。 二、其他關(guān)于散熱的問(wèn)題 1.在海拔高于1000m的地方，因?yàn)榭諝饷芏冉档?，因此?yīng)加大柜子的冷卻風(fēng)量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應(yīng)考慮降容，1000m每-5%。但由于實(shí)際上因?yàn)樵O(shè)計(jì)上變頻器的負(fù)載能力和散熱能力一般比實(shí)際使用的要大， 所以也要看具體應(yīng)用。 比方說(shuō)在1500m的地方，但是周期性負(fù)載，如電梯，就不必要降容。 2.開(kāi)關(guān)頻率：變頻器的發(fā)熱主要來(lái)自于IGBT，IGBT的發(fā)熱有集中在開(kāi)和關(guān)的瞬間。 因此開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開(kāi)關(guān)頻率可以擴(kuò)容，就是這個(gè)道理。 3.矢量控制是怎樣使電機(jī)具有大的轉(zhuǎn)矩的？ 轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機(jī)轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對(duì)應(yīng)的提高。 因?yàn)殡姍C(jī)電流包含電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量（如勵(lì)磁分量）。矢量控制把電機(jī)的電流值進(jìn)行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機(jī)電流分量和其它電流分量（如勵(lì)磁分量）的數(shù)值。矢量控制可以通過(guò)對(duì)電機(jī)端的電壓降的響應(yīng)，進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，在不增加電流的情況下，允許電機(jī)產(chǎn)出大的轉(zhuǎn)矩。此功能對(duì)改善電機(jī)低速時(shí)溫升也有效。 三、變頻器制動(dòng)的情況 制動(dòng)的概念:指電能從電機(jī)側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速.負(fù)載的能量分為動(dòng)能和勢(shì)能. 動(dòng)能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運(yùn)動(dòng)而累積。當(dāng)動(dòng)能減為零時(shí)，該事物就處在停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械抱閘裝置的方法是用制動(dòng)裝置把物體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。對(duì)于變頻器，如果輸出頻率降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)過(guò)程. 由制動(dòng)產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負(fù)載,在下降時(shí), 能量(勢(shì)能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),進(jìn)行制動(dòng).這種操作方法被稱作再生制動(dòng)，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動(dòng)。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過(guò)熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側(cè)的方法叫做功率返回再生方法。在實(shí)際中，這種應(yīng)用需要能量回饋單元選件。 四、怎樣提高制動(dòng)能力？ 為了用散熱來(lái)消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動(dòng)電阻。為了改善制動(dòng)能力，不能期望靠增加變頻器的容量來(lái)解決問(wèn)題。請(qǐng)選用制動(dòng)電阻、制動(dòng)單元或功率再生變換器等選件來(lái)改善變頻器的制動(dòng)容量。 當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？ 我們經(jīng)常聽(tīng)到下面的說(shuō)法：電機(jī)在工頻電源供電時(shí)（*2）時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)和加速?zèng)_擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。如果用大的電壓和頻率起動(dòng)電機(jī)，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的起動(dòng)沖擊（大的起動(dòng)電流 (*3) ）。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉(zhuǎn)矩值。所以變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)電流要小些。通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p些減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊(cè)中會(huì)給出說(shuō)明。通過(guò)使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)變頻器調(diào)速到大于60Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低。通常的電機(jī)是按50Hz(60Hz)電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速. (T=Te,P=Pe) 變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于60Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie) 參考： *1: 轉(zhuǎn)矩提升:此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比的關(guān)系增加，從而改善電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機(jī)低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的技術(shù),使用矢量控制，可以使電機(jī)在低速,如(無(wú)速度傳感器時(shí))1Hz（對(duì)4極電機(jī)，其轉(zhuǎn)速大約為30r/min）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到電機(jī)在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150）。對(duì)于常規(guī)的V/F控制，電機(jī)的電壓降隨著電機(jī)速度的降低而相對(duì)增加，這就導(dǎo)致由于勵(lì)磁不足，而使電