过电流的原因分析.doc

1 概述变频器的过电流故障跳闸是最常见也是最复杂的故障之一，当故障发生时，变频器保护会立即动作并停机，同时显示故障代码或故障类型。大多数情况下可以根据显示的故障代码迅速找到故障原因并排除故障，但也有一些故障的原因是多方面的，并不是单一的，而是包含了过电流、短路、欠电压、接地、过热、谐波干扰等各种可能导致跳闸的因素。为了查找故障原因并排除故障，可依据图1所示的故障诊断流程图进行。2 故障诊断尤其是采用IPM模块的变频器，在模块内包含有过电流、短路、欠电压、接地、过热等保护功能，而这些故障信号都是经过模块的控制引脚的故障输出端Fn 引入到控制器的，当控制器收到故障信息后，控制器立即封锁脉冲输出，同时将故障信息显示到控制面板上，但是，一旦模块内部发生故障，就很难查找故障原因。因此，在排除这类故障时，首先应区分跳闸是由外部负载原因还是由变频器内部的原因引起的；变频器是在加速过程，减速过程还是在恒速过程中出现的跳闸。区分后就能缩小故障查找的范围，以利于快速排除故障。2.1 一般故障查找步骤1）在外观上看不出明显的故障痕迹的情况下，可以先将变频器连接到电动机的电缆拆下，分别试验变频器和电动机。如果变频器还连接有外部控制信号电路，最好也断开，这样可以手动试验变频器，如果正常，说明变频器没有问题或没有损坏。2）进一步检查整定值是否有变化，最好重新整定一遍。3）然后采用一个试验控制信号或电位器接到外部控制端子上，试验变频器的外部信号控制性能，如果正常，说明变频器完好无损，可以进一步检查外部信号和电动机。4）外部控制信号一般是各种传感器的输出信号，或来自于控制器，应根据传感器或控制器的检验方法对其进行检验，最好采用现场信号校验仪校验。5）对于电动机的检查，应先用万用表和兆欧表检查绝缘情况，如果变频器输出侧安装了接触器，还应检查接触器的触点是否正常。6）如果上述一切正常，如条件允许最好采用工频电源进行起动电机试验，并使其运行一段时间后观察是否存在异常。通过以上工作，一般情况下就会将事故原因缩小到一定范围，在上述检查过程中，在哪个环节发现异常，就在哪个环节进一步检查。2.2 利用运行记录分析故障原因如果从变频器的故障历史记录中，能查询到跳闸时的电流超过了通用变频器的额定电流，或者超过了电子热继电器的整定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否是电动机过载或负载有突变的可能，如电动机堵转，电动机突然甩负载（在变频器正常运行过程中突然断开负载）等，前者一般发生在电动机与机械连接部位的机械原因，或电动机轴承出了问题，后者一般发生在外部控制信号丢失的情况。如果三相电流不平衡，则可能是电源侧断相、电动机端子或绕组内部断线等。若跳闸时的电流在通用变频器的额定电流或者电子热继电器的整定值范围内，可判定变频器内部的逆变器模块或相关部分发生了故障。首先可以通过测量通用变频器主回路输出端子U，V、W 分别与直流侧的P、N 端子之间的正、反向电阻来判断逆变器模块是否损坏，如模块无损坏，则是驱动电路出了故障，一般这种情况比较少见。2.3 变速过程中的故障原因分析如果是减速时逆变器模块过电流或是变频器对地短路跳闸，一般是逆变器桥臂的上半桥或其驱动电路部分发生故障，而加速时逆变器模块过电流则是下半桥或其驱动电路部分发生故障，经检查，确认逆变器桥臂损坏，更换后变频器就应工作正常。如果变频器跳闸后，发现电动机外壳很热，则有可能是载波频率调整的过高所致，如果排除了上述可能发生故障的情况外，且变频器没有新更换过硬件，在重新启动系统后，应适当降低载波频率。2.4 外围设备引起的故障原因分析在变频器运行中出现的过电流故障中，由变频器外部引起的故障原因往往容易被忽略，现将由外部原因引起过电流保护动作的情况做一分析。1）电动机负载突变引起较大的冲击电流造成过电流保护动作。2）电动机内部或电动机连接电缆绝缘被击穿，造成匝间或相间及对地短路，导致过电流保护动作。对于对地短路接地故障，如果通用变频器有接地保护，则接地保护亦动作。3）当变频器控制系统中装有测速编码器时，速度反馈信号丢失或非正常时会引起过电流。4）外部控制信号线断线或传感器故障，也会引起过电流，导致过电流保护动作。现在有的变频器增加了反馈信号断线保护功能，可以通过设定防止这种故障发生。5）如果在变频器输出侧安装了接触器，接触器的触点瞬间抖动、损坏也是常见的过电流保护动作的原因，因为在接触器长期运行过程中，其触点表面会被氧化，形成一层膜电阻，导致接触不良，造成缺相运行，并且不容易发现，因此应该仔细用万用表检查触点是否正常。3 结语本文是作者在维修变频器经验的基础上，对变频器过电流故障的原因进行的一些分析与探讨，由于变频器在运行中出现的故障形式多样，正像维修其他电器一样，有很多是意想不到的，这不仅要求我们要深入了解具体变频器的工作原理及其保护电路设计的原则，而且需要我们对故障进行深入认真的分析，以便快速而准确地处理故障问题，减少停机时间，保证生产顺利进行。1、过电流跳闸及原因分析 变频器的过电流跳闸又分短路故障、运行过程中跳闸和升、降速过程中跳闸等情况。 1.1 短路故障（ 1 ）故障特点a ）第一次跳闸有可能在运行过程中发生，但如复位后再起动，则往往一升速就跳闸。b ）具有很大的冲击电流，但大多数变频器已经能够进行保护跳闸，而不会损坏。由于保护跳闸十分迅速，难以观察其电流的大小。 （ 2 ）判断与处理第一步，首选要判断是否短路。为了便于判断，在复位后再起动前，可在输入侧接入一个电压表，重新启动时，电位器从零开始缓慢旋动，同时，注意观察电压表。如果变频器的输出频率刚上升就立即跳闸，且电压表的指针有瞬间回“ 0 ”的迹象，则说明变频器的输出端已经短路或接地。第二步，要判断是在变频器内部短路，还是在外部短路。这时，应将变频器输出端的接线脱开，再旋动电位器，使频率上升，如仍跳闸，说明变频器内部短路；如不再跳闸，则说明是变频器外部短路，应检查从变频器到电动机之间的线路，以及电动机本身。 1.2、轻载过电流负载很轻，却又过电流跳闸。这是变频调速所特有的现象。在 V/F 控制模式下，存在着一个十分突出的问题：就是在运行过程中，电动机磁路系统的不稳定。其基本原因在于：低频运行时，为了能带动较重的负载，常常需要进行转矩补偿（即提高 U/f 比，也叫转矩提升）。导致电动机磁路的饱和程度随负载的轻重而变化。这种由电动机磁路饱和引起的过电流跳闸，主要发生在低频、轻载的情况下。解决方法：反复调整 U/f 比。 1.3 重载过电流（1）故障现象有些生产机械在运行过程中负荷突然加重，甚至“卡住”，电动机的转速因带不动而大幅下降，电流急剧增加，过载保护来不及动作，导致过电流跳闸。（2）解决方法 a）首先了解机械本身是否有故障，如果有故障，则修理机器。 b）如果这种过载属于生产过程中经常可能出现的现象，则首先考虑能否加大电动机和负载之间的传动比？适当加大传动比，可减轻电动机轴上的阻转矩，避免出现带不动的情况。如无法加大传动比，则只有考虑增大电动机和变频器的容量了。 1.4 升速或降速中过电流这是由于升速或降速过快引起的，可采取的措施有如下：（1）延长升（降）速时间首先了解根据生产工艺要求是否允许延长升速或降速时间，如允许，则可延长升（降）速时间。 （2）准确预置升（降）速自处理（防失速）功能 变频器对于升、降速过程中的过电流，设置了自处理（防失速）功能。当升（降）电流超过预置的上限电流时，将暂停升（降）速，待电流降至设定值以下时，再继续升（降）速。 2、过载跳闸及原因分析 电动机能够旋转，但运行电流超过了额定值，称为过载。过载的基本反映是：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。 2.1 过载的主要原因（1）机械负荷过重，负荷过重的主要特征是电动机发热，并可从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，导致跳闸。 2.2 检查方法（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，首先应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他电器，则还应检查有关电器的