變頻器過流與過載的原因分析

1、變頻器過流與過載的原因分析1  過電流跳閘和過載跳閘的區(qū)別    過載也一定過電流，變頻器為什么要把過電流和過載分開呢？主要有2個區(qū)別:    (1) 保護(hù)對象不同    過電流主要用于保護(hù)變頻器，而過載主要用于保護(hù)電動機。因為變頻器的容量有時需要比電動機的容量加大一檔甚或兩檔，在這種情況下，電動機過載時，變頻器不一定過電流。過載保護(hù)由變頻器內(nèi)部的電子熱保護(hù)功能進(jìn)行，在預(yù)置電子熱保護(hù)功能時，應(yīng)該準(zhǔn)確地預(yù)置“電流取用比”，即電動機額定電流和變頻器額定電流之比的百分?jǐn)?shù):IM%=IMN*100%I/I

2、M式中，IM電流取用比;    IMN電動機的額定電流，;    IN變頻器的額定電流，。    (2) 電流的變化率不同    過載保護(hù)發(fā)生在生產(chǎn)機械的工作過程中，電流的變化率di/dt通常較小;除了過載以外的其他過電流，常常帶有突發(fā)性，電流的變化率di/dt往往較大。    (3) 過載保護(hù)具有反時限特性    過載保護(hù)主要是防止電動機過熱，故具有類似于熱繼電器的“反時限”特點。就是說，如果與額定電流相比，超過得

3、不多，則允許運行的時間可以長一些，但如果超過得較多的話，允許運行的時間將縮短，如圖所示。     此外，由于在頻率下降時，電動機的散熱狀況變差。所以，在同樣過載50的情況下，頻率越低則允許運行的時間越短。2  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，分述如下: 圖   過載保的“反時限” 特性2.1 短路故障短路故障是最危險的故障之一，應(yīng)注意觀察和分析, 如圖2所示。 圖2   變頻器輸出側(cè)短路 

4、;    (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(fù)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(jìn)行保護(hù)跳閘，而不會損壞。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，首先要判斷是否短路。為了便于判斷，在復(fù)位后再起動前，應(yīng)在輸入側(cè)接入一個電壓表，如圖所示。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

5、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(nèi)部短路，還是在外部短路。這時，應(yīng)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(nèi)部短路;如不再跳閘，則說明是變頻器外部短路，應(yīng)檢查從變頻器到電動機之間的線路，以及電動機本身。2.2 輕載過電流    負(fù)載很輕，卻又過電流跳閘，這是變頻調(diào)速所特有的現(xiàn)象。    (1) 變頻調(diào)速系統(tǒng)的特殊問題    在V/F控制模式下，存在著一個十分突

6、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(fX下降)時，由于電壓UX的下降，電阻壓降I1r1所占比例增加，而反電動勢E1所占的比例減小，比值/f和磁通也隨之減小。為了能帶動較重的負(fù)載，常常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補償(即提高/f比，也叫轉(zhuǎn)矩提升)。而當(dāng)負(fù)載變化時，電阻壓降I1r1和反電動勢E1所占的比例、比值/f和磁通量等也都隨之變化。結(jié)果是:導(dǎo)致電動機磁路的飽和程度也在隨負(fù)載的輕重而變化。    在進(jìn)行變頻器的功能預(yù)置時，通常是以重載時也能帶得動負(fù)載作為依據(jù)來設(shè)定/f比的。顯然，重載時電流I1和電阻壓降r都大，需要的補償量也大。但這樣一來

7、，在負(fù)載較輕，I1和電Ur都較小時，必將引起“補償過分”，導(dǎo)致磁路飽和。    (2) 磁路飽和的后果    當(dāng)磁路飽和時，磁通和勵磁電流的波形如圖所示:圖3   磁路在飽和區(qū)工作時的勵磁電流圖3(a)是電動機磁路的磁化曲線;圖3(b)是磁通的波形，由于磁路飽和的原因，磁通波形的上面被“削平”了，變成了平頂波;圖3(c)是勵磁電流的波形，其橫坐標(biāo)是勵磁電流i0，與磁化曲線圖3(a)的橫坐標(biāo)對應(yīng)?？v坐標(biāo)是時間t，它和磁通曲線的橫坐標(biāo)相對應(yīng)。因此，它是由圖3(a)和圖3(b)綜合作出的。由圖3可以看出，勵磁電流i0的波

8、形將發(fā)生嚴(yán)重畸變，是一個峰值很高的尖峰波。磁路越飽和，勵磁電流的畸變越嚴(yán)重，峰值也越大。由于尖峰波的電流變化率di/dt很大，但電流的有效值不一定很大。結(jié)果是:往往在負(fù)載很輕時發(fā)生過電流跳閘。    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。常見的例子如:    a) 負(fù)載在運行過程中，阻轉(zhuǎn)矩的變化較大。例如，某廠的車床采用變頻調(diào)速，所購變頻器無矢量控制功能。為了能在低速時進(jìn)行切削，將/f比預(yù)置得較大，但一退刀就跳閘。 解決方法:反復(fù)調(diào)整/f比，使之既能在低速時進(jìn)行切削，退刀時又不跳閘。  

9、;  b) 變頻器用于風(fēng)機或水泵，但/f比卻預(yù)置得較大。例如，某廠有一臺變頻器，原來用在傳輸帶上，運行情況一直很好。后改接到風(fēng)機上，起動時，頻率剛上升到左右就因“過流”而跳閘了。這是因為，傳輸帶是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，當(dāng)變頻器用到傳輸帶上時，其/比必預(yù)置得較大。而風(fēng)機是二次方律負(fù)載，低速時負(fù)荷級輕，導(dǎo)致電動機磁路嚴(yán)重飽和，勵磁電流嚴(yán)重畸變，峰值很大，使變頻器跳閘。解決方法:將/比預(yù)置為最小檔后就不再跳閘了。2.3 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(fù)荷突然加重，甚至“卡住”，電動機的轉(zhuǎn)速因帶不動而大幅下

10、降，電流急劇增加，過載保護(hù)來不及動作，導(dǎo)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(fù)載之間的傳動比？適當(dāng)加大傳動比，可減輕電動機軸上的阻轉(zhuǎn)矩，避免出現(xiàn)帶不動的情況。但這時，電動機在最高速時的工作頻率必將超過額定頻率，其帶負(fù)載能力也會有所減小。因此，傳動比不宜加大得過多。同時還應(yīng)注意:應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果重新預(yù)置變頻器的“最高頻率”。  

11、  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。     例如，某廠的注塑機在運行過程中，每遇“噴塑”時，常常因過電流跳閘，據(jù)觀察，有時是電動機堵轉(zhuǎn)后跳閘。解決方法:將電動機軸上的皮帶輪御下，略“車”小一點(如皮帶變松，則將電動機底座適當(dāng)后移)，就不再過電流跳閘了。2.4 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

12、長升(降)速時間。    (2) 準(zhǔn)確預(yù)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(shè)置了自處理(防失速)功能。當(dāng)升(降)電流超過預(yù)置的上限電流set時，將暫停升(降)速，待電流降至設(shè)定值set以下時，再繼續(xù)升(降)速，如圖4所示。圖4   升(降)速自處理功能但多數(shù)變頻器的降速自處理功能只考慮直流電壓，而無降速電流過大的自處理功能，需要注意閱讀說明書。    (3)其他措施     如果采用了自處理功能后，因延長了升、降速時

13、間而不能滿足生產(chǎn)機械的要求，則:    a) 考慮適當(dāng)加大傳動比，以減小拖動系統(tǒng)的飛輪力矩，使電動機容易啟動及升速;   b) 如果不能加大傳動比，則只能考慮加大變頻器的容量了。綜上所述，過電流跳閘的判斷流程如圖5所示。圖5    過電流跳閘的判斷流程3  過載跳閘及原因分析    電動機能夠旋轉(zhuǎn)，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。3.1 過載的主要原因   

14、(1) 機械負(fù)荷過重 負(fù)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(dǎo)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(nèi)部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導(dǎo)致跳閘。3.2 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(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;如變頻器的允許電流已經(jīng)沒

15、有余量，不能再放寬，且根據(jù)生產(chǎn)工藝，所出現(xiàn)的過載屬于正常過載，則說明變頻器的選擇不當(dāng)，應(yīng)加大變頻器的容量，更換變頻器。這是因為，電動機在拖動變動負(fù)載或斷續(xù)負(fù)載時，只要溫升不超過額定值，是允許短時間(幾分鐘，甚或幾十分鐘)過載的，而變頻器則不允許。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(fù)荷過重。這時，首先應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動比，以減輕電動機軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應(yīng)加大電動機的容量。    (2) 檢查電動機側(cè)三相電壓是否平衡 如果電動機側(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，

16、如也不平衡，則問題在變頻器內(nèi)部，應(yīng)檢查變頻器的逆變模塊及其驅(qū)動電路;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(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機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，以及觸點的接觸狀況是否良好等。    如果電動機側(cè)三相電壓平衡，則應(yīng)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/比，如降低后仍能帶動負(fù)載，則說明原來預(yù)置的/比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低/比來減小電流;如果降低后帶不動負(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。