變頻器過載的原因分析.doc

變頻器過載的原因分析發(fā)布日期：2008-5-16 10:49:03 訪問次數(shù):967 轉載 1、過電流跳閘及原因分析 變頻器的過電流跳閘又分短路故障、運行過程中跳閘和升、降速過程中跳閘等情況。1.1短路故障 （1）故障特點 a）第一次跳閘有可能在運行過程中發(fā)生，但如復位后再起動，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)能夠進行保護跳閘，而不會損壞。由于保護跳閘十分迅速，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，在復位后再起動前，可在輸入側接入一個電壓表，重新啟動時，電位器從零開始緩慢旋動，同時，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部短路，還是在外部短路。這時，應將變頻器 輸出端的接線脫開，再旋動電位器，使頻率上升，如仍跳閘，說明變頻器內部短路；如不再跳閘，則說明是變頻器外部短路，應檢查從變頻器到電動機之間的線路，以及電動機本身。 1.2、輕載過電流負載很輕，卻又過電流跳閘。 這是變頻調速所特有的現(xiàn)象。在V/F控制模式下，存在著一個十分突出的問題：就是在運行過程中，電動機磁路系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其基本原因在于： 低頻運行時，為了能帶動較重的負載，常常需要進行轉矩補償（即提高U/f比，也叫轉矩提升）。導致電動機磁路的飽和程度隨負載的輕重而變化。這種由電動機磁路飽和引起的過電流跳閘，主要發(fā)生在低頻、輕載的情況下。解決方法：反復調整U/f比。 1.3重載過電流 （1）故障現(xiàn)象 有些生產(chǎn)機械在運行過程中負荷突然加重，甚至“卡住”，電動機的轉速因帶不動而大幅下降，電流急劇增加，過載保護來不及動作，導致過電流跳閘。 （2）解決方法 a）首先了解機械本身是否有故障，如果有故障，則修理機器。 b）如果這種過載屬于生產(chǎn)過程中經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的現(xiàn)象，則首先考慮能否加大電動機和負載之間的傳動比？適當加大傳動比，可減輕電動機軸上的阻轉矩，避免出現(xiàn)帶不動的情況。如無法加大傳動比，則只有考慮增大電動機和變頻器的容量了。 1.4升速或降速中過電流 這是由于升速或降速過快引起的，可采取的措施有如下： （1）延長升（降）速時間 首先了解根據(jù)生產(chǎn)工藝要求是否允許延長升速或降速時間，如允許，則可延長升（降）速時間。（2）準確預置升（降）速自處理（防失速）功能 變頻器對于升、降速過程中的過電流，設置了自處理（防失速）功能。當升（降）電流超過預置的上限電流時，將暫停升（降）速，待電流降至設定值以下時，再繼續(xù)升（降）速。 2、過載跳閘及原因分析 電動機能夠旋轉，但運行電流超過了額定值，稱為過載。 過載的基本反映是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流。 2.1過載的主要原因 （1）機械負荷過重，負荷過重的主要特征是電動機發(fā)熱，并可從顯示屏上讀取運行電流來發(fā)現(xiàn)。 （2）三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，其特點是電動機發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發(fā)現(xiàn)（因顯示屏只顯示一相電流）。 （3）誤動作，變頻器內部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導致跳閘。 2.2檢查方法 （1）檢查電動機是否發(fā)熱，如果電動機的溫升不高，則首先應 檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應放寬電子熱保護功能的預置值。 如果電動機的溫升過高，而所出現(xiàn)的過載又屬于正常過載，則說明是電動機的負荷過重。這時，首先應能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。 （2）檢查電動機側三相電壓是否平衡，如果電動機側的三相電壓不平衡，則應再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如也不平衡，則問題在變頻器內部。 如變頻器輸出端的電壓平衡，則問題在從變頻器到電動機之間的線路上，應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機之間有接觸器或其他電器，則還應檢查有關電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點的接觸狀況是否良好等。 如果電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率： 如工作頻率較低，又未用矢量控制（或無矢量控制），則首先降低U/f比，如果降低后仍能帶動負載，則說明原來預置的U/f比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低U/f比來減小電流 ；如果降低后帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量；如果變頻器具有矢量控制功能，則應采用矢量控制方式。、基礎知識 1、概述 各國使用的交流供電電源，無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，其科學術語為“inverter”(逆變器)。由于變頻器設備中產(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（例如空調等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機控制的變頻器，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)生交流電的設備也以“inverter”的名稱進行出售。變頻器的工作原理被廣泛應用于各個領域。例如計算機電源的供電，在該項應用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動及電源的瞬間斷電。 2. 電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？ r/min電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數(shù)，也可表示為rpm.例如：4極電機 60Hz 1,800 r/min，4極電機 50Hz 1,500 r/min，電機的旋轉速度同頻率成比例。 本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業(yè)領域所使用的大部分電機均為此類型電機。感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地確決于電機的極數(shù)和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值（為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6），所以不適和改變該值來調整電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉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，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。n = 60f/p，n: 同步速度，f: 電源頻率 ，p: 電機極數(shù)，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機控制方法 。如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時變頻器的輸出電壓就必須從200V改變到約100V。例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這時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, 必須認真地考慮散熱的問題。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，我們要重視散熱問題??！在變頻器工作時，流過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矩負載為準的(過流能力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, 這時發(fā)熱量會更大一些。 電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。這時可以用估算: 變頻器容量（KW）60 W因為各變頻器廠家的硬件都差不多, 所以上式可以針對各品牌的產(chǎn)品. 注意： 如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開， 如裝在柜子上面或旁邊等。那么, 怎樣采能降低控制柜內的發(fā)熱量呢? 當變頻器安裝在控制機柜中時，要考慮變頻器發(fā)熱值的問題。根據(jù)機柜內產(chǎn)生熱量值的增加，要適當?shù)卦黾訖C柜的尺寸。因此，要使控制機柜的尺寸盡量減小，就必須要使機柜中產(chǎn)生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部分放到控制機柜的外面，將會使變頻器有70的發(fā)熱量釋放到控制機柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發(fā)熱量，所以對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, 使散熱器的散熱不影響到變頻器本體。這樣效果也很好。變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫著放散熱會變差的! 關于冷卻風扇一般功率稍微大一點的變頻器， 都帶有冷卻風扇。同時，也建議在控制柜上出風口安裝冷卻風扇。進風口要加濾網(wǎng)以防止灰塵進入控制柜。 注意控制柜和變頻器上的風扇都是要的，不能誰替代誰。 二、其他關于散熱的問題 1.在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應加大柜子的冷卻風量以改善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容，1000m每-5%。但由于實際上因為設計上變頻器的負載能力和散熱能力一般比實際使用的要大， 所以也要看具體應用。 比方說在1500m的地方，但是周期性負載，如電梯，就不必要降容。 2.開關頻率：變頻器的發(fā)熱主要來自于IGBT，IGBT的發(fā)熱有集中在開和關的瞬間。 因此開關頻率高時自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開關頻率可以擴容，就是這個道理。 3.矢量控制是怎樣使電機具有大的轉矩的？ 轉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，電機轉矩并不能和其電流相對應的提高。 因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉矩分量和其它分量（如勵磁分量）。矢量控制把電機的電流值進行分配，從而確定產(chǎn)生轉矩的電機電流分量和其它電流分量（如勵磁分量）的數(shù)值。矢量控制可以通過對電機端的電壓降的響應，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機產(chǎn)出大的轉矩。此功能對改善電機低速時溫升也有效。 三、變頻器制動的情況 制動的概念:指電能從電機側流到變頻器側（或供電電源側）,這時電機的轉速高于同步轉速.負載的能量分為動能和勢能. 動能(由速度和重量確定其大?。╇S著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態(tài)。機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉換為摩擦和能消耗掉。對于變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程. 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負載,在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側,進行制動.這種操作方法被稱作再生制動，而該方法可應用于變頻器制動。在減速期間，產(chǎn)生的功率如果不通過熱消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到變頻器電源側的方法叫做功率返回再生方法。在實際中，這種應用需要能量回饋單元選件。 四、怎樣提高制動能力？ 為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。請選用制動電阻、制動單元或功率再生變換器等選件來改善變頻器的制動容量。 當電機的旋轉速度改變時，其輸出轉矩會怎樣？ 我們經(jīng)常聽到下面的說法：電機在工頻電源供電時（*2）時，電機的起動和加速沖擊很大，而當使用變頻器供電時，這些沖擊就要弱一些。如果用大的電壓和頻率起動電機，例如使用工頻電網(wǎng)直接供電，就會產(chǎn)生一個大的起動沖擊（大的起動電流 (*3) ）。而當使用變頻器時，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機上的，所以電機產(chǎn)生的轉矩要小于工頻電網(wǎng)供電的轉矩值。所以變頻器驅動的電機起動電流要小些。通常，電機產(chǎn)生的轉矩要隨頻率的減?。ㄋ俣冉档停┒鴾p些減小的實際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉矩。當變頻器調速到大于60Hz頻率時，電機的輸出轉矩將降低。通常的電機是按50Hz(60Hz)電壓設計制造的，其額定轉矩也是在這個電壓范圍內給出的。因此在額定頻率之下的調速稱為恒轉矩調速. (T=Te,P=Pe) 變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機產(chǎn)生的轉矩要以和頻率成反比的線性關系下降。當電機以大于60Hz頻率速度運行時，電機負載的大小必須要給予考慮，以防止電機輸出轉矩的不足。舉例，電機在100Hz時產(chǎn)生的轉矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉矩的1/2。因此在額定頻率之上的調速稱為恒功率調速.(P=Ue*Ie) 參考： *1: 轉矩提升:此功能增加變頻器的輸出電壓，以使電機的輸出轉矩和電壓的平方成正比的關系增加，從而改善電機的輸出轉矩。改善電機低速輸出轉矩不足的技術,使用矢量控制，可以使電機在低速,如(無速度傳感器時)1Hz（對4極電機，其轉速大約為30r/min）時的輸出轉矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉矩（最大約為額定轉矩的150）。對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導致由于勵磁不足，而使電