变频器在冶金工业中的应用与维护

1、变频器在冶金工业中的应用与维护The AC inverters application and maintenance in the metallurgical industry 第一讲：装矿站变频器的过流故障处理The overcurrent trouble shooting for AC inverter in the vibration motor of the mine-loading station 浙江工商职业技术学院 李方园 Li Fangyuan摘 要 电振电机在生产过程采用变频器控制时经常跳闸，变频器故障显示为电流过大，同时轴承变黑，且无法正常使用。通过检查变频器本身、负载以

2、及参数后，均未出现任何问题，后查明是轴电流引起。在安装滤波器后轴承电流减少到可以忽略的水平，电机的使用寿命得以大大提高，且最终解决了变频器过流问题。关键词 变频器 过流 故障排除ABSTRACT：The vibration motor with AC inverter always triped in the production process control with the inverter fault of overcurrent.At the same time the bearing became black and can not work properly. By examin

3、ing the inverter itself, as well as the parameters of the load, there were none problems. Finally the real reason is bearing current. After the installation of filters, the bearing current can be reduced to negligible levels, and the service life of motor can be greatly enhanced. Also the overcurren

4、t fault will be solved.KEYWORDS： AC inverter Overcurrent trouble shooting1 前言某铅锌矿选矿厂的装矿站主要负责原矿的浮选任务，即原矿经过电振调配装到矿斗，再由架空索道输送到选矿厂进行浮选。作为输送原矿的电振电机在生产过程中地位比较重要，如图1所示。因而采用先进的变频器控制，以提高生产效益。开始很长一段时间内，变频器驱动的电振经常跳闸，变频器故障显示为电流过大。图1 电振电机该电振电机功率为7.5kW，采用艾默生EV20004T0075G，正常运行时电流为57A，频率为4246Hz。但是，故障时电流却异常大，并导致过流E0

5、03（恒速过流）跳闸。在随后的维修检查中发现，电机轴承变黑，已经不能正常使用。本文将主要讨论的就是变频器过流排查的基本步骤，以及采用装设滤波器来解决变频器过流的故障。2 变频器过流的基本排查对于电振电机来说，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200，不同变频器的保护值不一样)，变频器则显示过流，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。对于本次故障，首先进行了如下处理：2.1 负载侧检查负载侧的原因是引起变频器过流的最主要因素，因此一旦发生过流故障，首先要检查：(1) 工作机械有没有卡住，以避免电机负载突变，引起的冲击过

6、大造成过流；(2) 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；(3) 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来；(4) 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；(5) 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；(6) 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。发现负载正常。（2）变频器检查变频器硬件问题主要包括模块坏、驱动电路坏、电流检测电路坏等。具体检查内容如下：（1）电

7、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。（2）主电路接口板电流、电压检测通道被损坏，也会出现过流。 （3）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。（4）电路板损坏，其原因可能是由于环境太差，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，使电路被腐蚀等。当检查以上4项，同样没有发现问题时。（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

8、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：（1）升速时间设定太短，加长加速时间；（2） 减速时间设定太短，加长减速时间；（3） 转矩补偿（U/f比）设定太大，引起低频时空载电流过大；（4） 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。同样仔细检查也没有发现任何异样。3 轴电压和轴电流引起的异常问题由于变频器本身、负载以及参数均未出现任何问题，因此便更换轴承正常工作，但发现在同样的运行时间周期后，变频器过流故障，电机轴承仍旧变黑，导致故障重演。此时，就怀疑是由于轴电压和轴电流问题。图2所示为变频器驱动感应电机的电机模型，Csf为定子与机壳之

9、间的等效电容，Csr为定子与转子之间的等效电容，Crf为转子与机壳之间的等效电容，Rb为轴承对轴的电阻；Cb和Zb为轴承油膜的电容和非线性阻抗。由于在变频器高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地漏电流、轴电压与轴承电流问题。图2 变频器驱动感应电机的电机模型其中轴承电流主要以三种方式存在：dv/dt、电流、EDM(ElectricDischargeMachining)电流和环路电流。dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关，tr越小，dv/dt电流的幅值越大;逆变器载波频率越高，轴承电流中的dv/dt电流成分越多。EDM电流出现存在一定的偶然性，只

10、有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时，存储在电子转子对地电容Crf上的电荷(1/2CrfUrf)通过轴承等效回路Rb、Cb和Zb对地进行火花式放电，造成轴承光洁度下降，降低使用寿命，严重地造成直接损坏。环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。环路电流主要造成传导干扰和地线干扰，对变频器和电机影响不大。从以上分析可以知道，dv/dt电流是造成轴承电流的主要原因，也是本案例的问题症结所在，因此在本案例中必须装设dv/dt输出滤波器， Schaffner公司FN510系列输出滤波器FN510-16-29，如图3所示。图3 滤波器的安装原理为了验证安装F510滤波器的功效，特别测量安装前的变频器输出波形、dv/dt波形和安装后的变频器输出波形、dv/dt波形，分别如图4、图5、图6所示。图4 安装dv/dt滤波器前的变频器输出波形图5 安装dv/dt滤波器后的变频器输出波形图6 安装滤波器前后的dv/dt波形很明显，安装F510系列滤波器后，大大降低了IGBT电动机驱动端的输出电压dv/dt，变频器的输出波形也大为改善，且测试后满足DIN VDE0530标准。4 结束语装矿站电振电机出现轴承损坏和过流的原因在于变频器输出的PWM导致轴承电流的出现，并大大损伤了电机轴承，导致