变频器的故障排除第3讲变频器过载故障及案例分析.doc

企业：控制网日期：2009-06-08领域：机器人点击数：1661李方园（1973-）男，浙江舟山人，毕业于浙江大学电气自动化专业，高级工程师，长期从事于变频器等现代工控产品的应用与研究工作。摘要：变频器过载的基本特征是电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，并与过流故障有严格区分。本文将主要探讨变频器过载形成的原因及其处理办法，并以“水泵变频器过载”和“离心风机变频器过载”两个案例阐述了过载故障排除的步骤，最终得出电机与变频器的选型规律。关键词：变频器；过载故障；反时限曲线；电机参数Abstract:ThebasicfeatureofACInvertersoverloadfaultisthatthecurrentisgreaterthanthegivenvalue,butisonlylittlegreater.Ithasastrictdifferencefromtheovercurrent.Thispaperanalyzesthecausesofoverloadproblemoftheinverter,andsomemeasurementtosolvetheseproblems.Finally,twoexamplesof“pumpinverteroverload”and“centrifugalfaninverteroverload”aregiventodescribetheprocessingstepsfortheoverloadtroubleshooting,andmeanwhilewegivetheselectionrulesofthemotorandACinverter.Keywords:ACinverter;Overloadfault;Inverse-timecurve;Motorparameter1前言 电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，称为过载。过载的基本特征是：电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不形成较大的冲击电流（否则就变成过流故障），而且过载是有一个时间的积累，当积累值达到时才报过载故障。 本文将主要探讨变频器过载形成的原因及其处理办法。2变频器过载故障的原因及解决对策 变频器过载的工作机制如图1所示。根据变频器的结构原理可以知道，变频器过载发生的主要原因有以下几点： （1）机械负荷过重，其主要特征是电动机发热，可从变频器显示屏上读取运行电流来发现； （2）三相电压不平衡，引起某相的运行电流过大，导致过载跳闸，其特点是电动机发热不均衡，从显示屏上读取运行电流时不一定能发现(因很多变频器显示屏只显示一相电流)； （3）误动作，变频器内部的电流检测部分发生故障，检测出的电流信号偏大，导致过载跳闸。图1变频器过载工作机制 而对于变频器过载故障的检查方法和解决对策包括以下两点： （1）检查电动机是否发热，如果电动机的温升不高，则首先应检查变频器的电子热保护功能预置得是否合理，如变频器尚有余量，则应放宽电子热保护功能的预置值。 如果电动机的温升过高，而所出现的过载又属于正常过载，则说明是电动机的负荷过重。这时，应考虑能否适当加大传动比，以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大，则加大传动比。如果传动比无法加大，则应加大电动机的容量。 （2）检查电动机侧三相电压是否平衡，如果电动机侧的三相电压不平衡，则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡，如也不平衡，则问题在变频器内部。如变频器输出端的电压平衡，则问题在从变频器到电动机之间的线路上，应检查所有接线端的螺钉是否都已拧紧，如果在变频器和电动机之间有接触器或其它电器，则还应检查有关电器的接线端是否都已拧紧，以及触点的接触状况是否良好等。 如果电动机侧三相电压平衡，则应了解跳闸时的工作频率：如工作频率较低，又未用矢量控制(或无矢量控制)，则首先降低U/f比，如果降低后仍能带动负载，则说明原来预置的U/f比过高，励磁电流的峰值偏大，可通过降低U/f比来减小电流；如果降低后带不动负载了，则应考虑加大变频器的容量；如果变频器具有矢量控制功能，则应采用矢量控制方式。3案例分析1：水泵变频器过载 （1）故障现象 某供水单位使用艾默生TD2000-4T0300P（30kW）变频器拖动水泵负载如图2所示，使用过程中变频器经常报E013故障，检查故障电流记录58A，变频器额定电流60A，经查说明书：风机、水泵变频器过载能力110额定电流1分钟，是否与上述现象发生冲突？ 图2水泵变频控制 （2）分析处理 经现场了解和查看，发现水泵负载长期工作在48Hz，电流长期在58A左右，E013的原因为变频器带载能力不够，需要更换更高一级的变频器，即TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37kW）。 变频器运行过程输出电流大于等于变频器额定电流，但达不到变频器过流点，在运行一段时间后产生过载保护，变频器过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。反时限曲线i2t即指动作时限与通入电流大小的平方成反比，通入电流越大，则动作时限越短，该曲线在出厂时由机型参数唯一确定，用户不能改。 本例机型分为P型机，其P型反时限曲线（图3所示）说明当变频器输出电流达到95持续时间达到1小时则报E013，当变频器输出电流达到110持续时间达到1分钟也同时报E013。图3变频器P型机反时限曲线 本案例可以选择高一档的EV2000-4T0370P变频器，在更换完变频器之后，还必须设置以下参数。 F0.08：变频器机型选择为P型。 0：G型（恒转矩负载机型）；1：P型（风机、水泵类负载机型） 由于变频器出厂参数设置为G型，本案例中选择P型机，需要将F0.08功能码设置为1。 FH.00FH.02：电机参数按照实际情况进行设定。 为了保证控制水泵的性能，务必按照电机的铭牌参数进行正确设置电机极数、额定功率和额定电流。 （3）案例归纳 很多品牌的变频器在45kW及以下机型都采用G/P合一方式，即用于恒转矩负载G型适配电机功率比用于风机、水泵类负载P型时小一档。G/P合一方式是考虑到风机、泵类负载基本不过载的实际情况，但是由于G/P合一的变频器本质上并没有扩大容量，只是变频器的软件发生变化，实际上就是反时限i2t曲线发生了变化，但使用中往往容易遭到误解，尤其是当用户的工艺过程发生变化，比如水泵流量增加、浓度增大、风量增大等等，电机的实际电流往往会上升，从而导致变频器过载保护。4案例分析2：离心风机变频器过载 （1）故障现象 某化工厂离心风机15kW，如图4所示，采用EV2000-4T0150P带动，2极，额定转速2950转/分。变频器带电机空载运行，经常会出现运行到12Hz左右时，输出频率在此附近振荡，振荡几次后有时频率会继续上升，有时就报E013过载故障，但有时启动又能正常。 图4离心风机变频控制 （2）分析处理 观察在12Hz附近振荡时的变频器状态，电流很大，基本上达到额定电流，在电流振荡的情况下出现限流，因此造成频率上不去。测量此时的波形，如图5所示。 图512Hz时的振荡电流波形 做电机辨识，辨识出来的电机参数与默认值基本一致，重新运行，变频器仍然会出现振荡现象，而且是基本在同一频率段12Hz附近，怀疑是软件PWM调制问题，因为该频段刚好是EV2000的三相调制SVPWM到改进的两相SVPWM调制的切换点，如图6所示。 图6调制及其切换 从波形上确认后，决定修改电机稳定因子FH.10，变频器启动正常，再没有发生过载问题。 本例中设置参数如下。 FH.10：电机稳定因子 电机稳定因子用于抑止变频器与电机配合时所产生的固有振荡。本例中恒定负载运行时输出电流反复变化，在出厂参数（稳定因子为10）的基础上调整为40，完全消除振荡，使电机平稳运行，其波形如图7所示。 图7电机稳定因子调整后的12Hz输出电流波形 （3）案例归纳 艾默生EV2000系列变频器综合考虑了变频器运行损耗、电机运行噪音和稳定性等多方面的要求，将经典的三相SVPWM（任意开关周期内又三相开关）与改进的两相调制SVPWM（任意开关周期内仅有两相开关）完美得结合在一起。低频时采用三相调制，有效地改善输出波形；高速时采用两相调制，有效地减少开关次数，降低开关损耗，减少死区的影响。但是12Hz附近刚好是三相调制与两相调制的切换点，在电机空载、轻载时易发生振荡。 为了弥补切换点的问题，EV2000采用独特的控制方式，通过调整电机稳定因子，可以抑制变频器与电机配合时的固有振荡以适应不同的应用场合，确保轻载运行的稳定性，从而最终消除E013过载故障。5结束语 综上所述，变频器过载故障说明了电机与变频器的选型存在严格的关系。 电机选型首先应该根据负载运动时所需要的平均功率、最高功率，折算到电机轴侧（可能有减速机、皮带轮等减速装置）选择电机的功率，同时也要考虑电机的过载能力。电机厂商可以提供电机的力矩特性曲线，不同温度下电机特性会变化。顺便说，选型的顺序当然是先选电机再根据电机选择变频器，因为控制的最终目的不是变频器也不是电机，而是机械负载。 而变频器的选型第一应该强调的是根据电流选型。对于一般负载，可以根据电机的额定电流选择变频器，即变频器额定电流（即常规环境下的最大持续工作电流）大于电机额定电流即可。但是必须要考虑极限状况的出现。因此变频器还需要可以提供短时间的过载电流。（注意：电机的电流是由机械负载决定的） 变频器有一条过载电流曲线，是一条反时限曲线，描述了过载电流和时间的关系。这就是变频器说明书上经常说到的过载能力可以达到150额定电流2秒、180额定电流2秒等，实际上是一条曲线。因此，只要电机的电流曲线在变频器的过载电流曲线之内，就是正确的选型。这就是为什么有时候变频器功率要大于电机功率1档或2档（比如起重应用），有时候小功率变频器仍然可以驱动大功率电机（比如输送带）的原因。 另一个必须注意的，在非正常环境下，比如高海拔、高环境温度（例如大于50度小于60度环境）、并排安装方式（有些变频器并排安装不降容，有些要降容，根据变频器设计决定）等情况下，要考虑变频器的降容。因此，变频器的额