变频器的过流故障及排除

变频器的过流故障及排除 1 引言 变频器中过流保护的对象主要指带有突变性质的 电流的峰值超过了过流检测值 约 额定电流的 180 200 不同变频器的保护值不一样 变频器显示过流 由于逆变器件 的过载能力较差 所以变频器的过流保护是至关重要的一环 过流故障可分为加速 减速 恒速过流等 其可能是由于变频器的加减速时间太短 负载发生突变 负荷分配不均 输出短路等原因引起的 本文将主要探讨变频器过流形成的原因及其处理办法 2 变频器过流故障的原因原因 根据变频器过流故障显示 从以下几方面寻找原因 1 工作中过流 即电机拖动系统在工作过程中出现过流 其原因大致有以下几方面 一是电动机遇到冲击负载或传动机构出现 卡住 现象 引起电动机电流的突然增加 二是变频器输出侧发生短路 如图 1 所示 如输出端到电动机之间的连接线发生相互短 路 或电动机内部发生短路等 接地 电机烧毁 绝缘劣化 电缆破损而引起的接触 接地 等 三是变频器自身工作不正常 如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作 过程中出现异常 如环境温度过高 或逆变器元器件本身老化等原因 使逆变器的参数发 生变化 导致在交替导通过程中 一个器件已经导通 而另一个器件却还未来得及关断 引起同一个桥臂的上 下两个器件的 直通 如图 2 所示 使直流电压的正 负极间处于 2 短路状态 2 升速 降速时过流 当负载的惯性较大 而升速时间或降速时间又设定得太短时 也会引起过流 在升在升 速速过过程中程中 变频器工作频率上升太快 电动机的同步转速迅速上升 而电动电动机机转转子的子的转转速速 因因负载惯负载惯性性较较大而跟不上去 大而跟不上去 结结果是升速果是升速电电流太大流太大 在降速在降速过过程程中 降速时间太短 同步 转速迅速下降 而电动机转转子因子因负载负载的的惯惯性大 仍性大 仍维维持持较较高的高的转转速 速 这时这时同同样样可以可以使使转转子子 绕组绕组切割磁力切割磁力线线的速度太大而的速度太大而产产生生过过流流 3 变频器上电或一运行就过流 这种保护大部分是因变频器内部故障引起的 若负载正常 变频器仍出现过流保护 一般是检测电路所引起 类似于短路故障的排除 如电流传感器 取样电阻或检测电路等 该处传感器波形如图 3 所示 其包络类似于正弦波 若波形不对或无波形 即为传感器损 坏 应更换之 过流保护用的检测电路是模拟运放电路 如图 4 所示 在静态下 测 a 点的工作电压 应为 2 4v 若电压不对即为该电路有问题 应查找原因予以排除 r4 为取样电阻 若有问 题也应更换之 3 过流故障处理对策 通常有以下集中处理对策 1 负载侧检查 负载侧负载侧的原因是引起的原因是引起变频变频器器过过流的最主要因素 因此一旦流的最主要因素 因此一旦发发生生过过流故障 首先要流故障 首先要检查检查 工作机械有没有卡住 以避免电机负载突变 引起的冲击过大造成过流 3 负载侧有没有短路 以避免电机和电机电缆相间或每相对地的绝缘破坏 造成匝间或相 间对地短路 此项内容可以用兆欧表检查对地或者相间有没有短路 电动机的起动转矩过小 拖动系统转不起来 过流故障还与电机的漏抗 电机电缆的耦合电抗有关 所以选择电机电缆一定按照要求 去选 在变频器输出侧有无功率因数矫正电容或浪涌吸收装置 如果有 就必须撤除 当负载电机装有测速编码器时 速度反馈信号丢失或非正常时 也会引起过流 因此也 必须正确检查编码器和其电缆 2 变频器检查 变频器硬件问题主要包括模块损坏 驱动电路损坏 电流检测电路损坏等 具体检查 内容如下 电流互感器损坏 其现象表现为 变频器主回路送电 当变频器未起动时 有电流显示 且电流在变化 这样可判断互感器已损坏 主电路接口板电流 电压检测通道被损坏 也会出现过流 由于连接插件不紧 不牢 例如电流或电压反馈信号线接触不良 会出现过流故障时有 时无的现象 电路板损坏 其原因可能是 一是由于环境太差 导电性固体颗粒附着在电路板上 造成静电损坏 或者有腐蚀性气体 使电路被腐蚀 二是电路板的零电位与机壳连在一起 由于柜体与地角焊接时 强大的电弧 会影响电路 板的性能 三是由于接地不良 电路板的零伏受干扰 也会造成电路板损坏 当检查以上 4 项有问题 必须更换为同型号配件或者修复该配件 4 3 变频器参数检查 变频器参数设定问题是在负载 变频器确认都正常的情况下必须怀疑的因素 这里 面包括加速时间太短 pid 调节器的比例 p 和积分时间 i 参数不合理 超调过大等等 所有 这些参数的不合理设置都将造成变频器输出电流振荡或直接过流 针对变频器问题 主要检查 升速时间设定太短 加长加速时间 减速时间设定太短 加长减速时间 转矩补偿 u f 比 设定太大 引起低频时空载电流过大 电子热继电器整定不当 动作电流设定得太小 引起变频器误动作 另外 当当负载负载不不稳稳定定时时 建 建议议使用使用矢量控制模式矢量控制模式或或 dtc 模式模式 因为此两种模式控制速度非控制速度非 常快 每隔常快 每隔 25 s 产生一组精确的精确的转转矩和磁通的矩和磁通的实际值实际值 再经过电电机机转转矩比矩比较较器器和磁通比磁通比 较较器器的输出 优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置 这样有利于抑制过流 同时使 用速度环的自适应功能来自动调整 pid 参数 从而使变频器输出电机电流平稳 4 输入输出线路检查 根据很多现象表明 过流保护的其中一个原因就是缺相 当变频器输入缺相时 势必引起 母线电压降低 负载电流加大 引起保护 而当变频器输出端缺相时 势必使电动机的另 外两相电流加大而引起过流保护 所以对输入及输出都应进行检查 排除故障 4 案例分析 罐车变频器过流 4 1 故障现象 某炼钢厂现场环境恶劣 在炼钢厂平车 钢包车 渣罐车 铁水车 系统一直采用传 统的接触器控制方案 故障率高 维护量大 随着交流调速控制技术的迅速发展 变频调 速控制系统成为交流传动的主流调速控制方案 所以该炼钢厂 kr 罐车应用了西门子变频 5 器构成的控制系统 kr 罐车系统由 1 台 45kw 的变频专用电机驱动 采用 6se7031 2ef60 55kw 全数字矢量控 制变频器控制 变频器带输入 输出电抗器以消除谐波 抑制尖峰电压 变频器采用 v f 速 度开环控制模式 调速范围为 1 25 系统采用速度挡位开关量输入 plc 经软件处理后 再 由 plc 输出模块输出开关量信号给变频装置 通过变频装置内部的参数设定 输出相应的 速度信号 速度分为两档 40 和 80 额定速度 起动 停止和各档速度过渡平稳无冲击 属于档位无级调速方式 2 台 kr 罐车 1 2 kr 调试情况良好 空车使用一切正常 但自投入使用后 自投入使用后 2 台罐台罐车车 不不间间断断报报 f011 过过流故障流故障 经过对故障时罐车的工作状况的监测 变频器报故障主要集中 在罐车满载满载启启动动和道道轨轨上有上有积积渣阻力渣阻力较较大大的这两种情况 4 2 分析处理 查变频器手册对造成过流故障原因的解释 1 变频器输出短路或有接地故障 2 电机与变频器是否匹配 3 3 负载处于过载状态 4 4 是否动态要求过高 对于上述四种原因 一一进行排查 1 经过对变频器输出电缆以及电机摇测绝缘 电缆和电机绝缘情况良好 无短路和 接地故障 2 电机和变频器规格匹配 3 根据监测到满载启动时频繁报故障 可能是可能是负载处负载处于于过载过载状状态态 造成 造成过过流流 6 4 罐车系统是恒是恒转转矩矩负载负载 道 道轨轨上有上有积积渣 阻力增大或有渣 阻力增大或有变变化 化 负载负载就就发发生生变变化 系化 系 统统如果如果动态动态响响应应慢 也会造成慢 也会造成过过流故障流故障 根据以上的情况分析以及选用的变频器 v f 开环控制模式 对罐罐车车 f011 过过流故障的流故障的 结论结论是 系统选用的 v f 开环控制模式在低频时启动力矩小以及开环动态性能差是造成过 流故障的原因 变频器有多种控制模式可供选择以及在 v f 模式下的各种功能 现场 2 台罐车有相 同的问题 于是就选择了 2 种处理方式 也有利于比较使用效果 其处理方法如下 1 1 罐车 v f 模式下增加模式下增加补偿补偿功能功能 1 罐车仍采用 v f 模式 增加低频补偿 转差补偿功能 其参数设置如下 增加低频补偿 p318 1 变频器有两种低低频转频转矩矩补偿补偿功能功能 即直接提升电压数值 电压模式 和间接提升电压 数值 电流模式 后者涉及到定子电阻的计算 测量 相对比较复杂 因此本案例采用直 接电压提升模式 p325 25v 一般 10v 到 40v 在直接提升电压模式中 只需将需要的提升电压数值输入参数 p325 即可 变频器就能根 据图 6 所示的逻辑示意输输出合适的出合适的 v f 曲曲线线 图 6 转矩提升逻辑 增加转差补偿 p336 100 转差补偿功能的使用 可补偿因 kr 罐车负载波动引起的电机转差变化 从而得到良好机 7 械特性曲线 2 2 罐车改改变变控制模式控制模式 2 罐车控制模式改为无编码器矢量控制 参数修改如下 p100 3 系统参数重新设定优化 1 罐车和 2 罐车系统采用上述法处理后 系统不再报 f011 过流故障 操作工也明显 感到系统启动快 动作也快 参数优化取得了很好的效果 需要注意的是 低低频补偿频补偿和和转转 差差补偿补偿功能在功能在实际应实际应用中 用中 调试时应调试时应逐逐渐渐增加数增加数值值 满满足系足系统统的需要即可 不能的需要即可 不能过补偿过补偿了了 4 3 案例归纳 变频器在启动或极低速运行时 根据 v f 曲线 电动机在低低频时对应输频时对应输出的出的电压较电压较低 低 转转矩受定子矩受定子电电阻阻压压降的影响比降的影响比较显较显著 著 这这就就导导致励磁不足而使致励磁不足而使电动电动机不能机不能获获得足得足够够的旋的旋 转转力 力 因此需要对转矩进行补充补偿 这称为转转矩矩补偿补偿 通常的做法是对输出电压做一些 提升补偿 以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失 从而改善电动机的输出转矩 图 7 中 v0 表示手动转矩提升电压 vmax 表示最大输出电压 f0 表示转矩提升的截止频 率 fb 表示基本运行频率 对于 v0 的设置原则一般有以下几点 1 当电动机与变频器之间的距离太远时 由于线路 压降增大 应适当增大 v0 值 2 当电动机容量小于变频器额定容量时 由于此挡容量电 动机的绕组电阻比大容量电动机大 电阻压降也大 应适当增大 v0 值 3 当电动机抖动 厉害时 说明转矩过大 转矩补偿增益调得过高 应适当减小 v0 值 这里必须避免这样一个误区 即使提高很多即使提高很多输输出出电压电压 电动电动机机转转矩并不能和其矩并不能和其电电流流 相相对应对应的提高 的提高 这这是因是因为电动为电动机机电电流包含流包含电动电动机机产产生的生的转转矩分量和其它分量 如励磁分量 矩分量和其它分量 如励磁分量 8 关于截止频率 f0 在有些变频器中是固定的频率值 如 abb acs550 变频器 f0 20hz 罗克 韦尔 ab powerflex 400 变频器 f0 25hz 有些变频器是可以设置的 如艾默生 ev2000 变频 器 f0 0 50 基本运行频率 转转矩矩补偿补偿可以根据可以根据变频变频器的参数器的参数设设置置选择选择手手动动和自和自动动 如手动设置则允许用户 v0 在 0 20 或 30 vmax 之间任意设定 如自动设置则是变频器根据电动机启动过程中