工控自動化技術文摘：變頻器過流與過載的原因分析

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變頻器過流與過載的原因分析
蘇州度飛電氣有限公司

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別

    過載也一定過電流，變頻器為什麼要把過電流和過載分開呢？主要有2個區別:
    (1) 保護對象不同
    guodianliuzhuyaoyongyubaohubianpinqi，erguozaizhuyaoyongyubaohudiandongji。yinweibianpinqiderongliangyoushixuyaobidiandongjiderongliangjiadayidangshenhuoliangdang，zaizhezhongqingkuangxia，diandongjiguozaishi，bianpinqibuyidingguodianliu。
過載保護由變頻器內部的電子熱保護功能進行，在預置電子熱保護功能時，應該準確地預置“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數:
IM%=IMN*100%I/IM
式中，IM％―電流取用比;
    IMN―電動機的額定電流，Ａ;
    IN―變頻器的額定電流，Ａ。
    (2) 電流的變化率不同
    過載保護發生在生產機械的工作過程中，電流的變化率di/dt通常較小;
除了過載以外的其他過電流，常常帶有突發性，電流的變化率di/dt往往較大。
    (3) 過載保護具有反時限特性
    過載保護主要是防止電動機過熱，故具有類似於熱繼電器的“反時限”tedian。jiushishuo，ruguoyuedingdianliuxiangbi，chaoguodebuduo，zeyunxuyunxingdeshijiankeyichangyixie，danruguochaoguodejiaoduodehua，yunxuyunxingdeshijianjiangsuoduan，rutu１所示。
    此外，由於在頻率下降時，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１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，應注意觀察和分析, 如圖2所示。

圖2 變頻器輸出側短路

    (1) 故障特點
     a) 第一次跳閘有可能在運行過程中發生，但如複位後再起動，則往往一升速就跳閘。
     b) 具有很大的衝擊電流，但大多數變頻器已經能夠進行保護跳閘，而不會損壞。由於保護跳閘十分迅速，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。為了便於判斷，在複位後再起動前，應在輸入側接入一個電壓表，如圖２suoshi。zhongxinqidongshi，dianweiqiconglingkaishihuanmanxuandong，tongshi，zhuyiguanchadianyabiao。ruguobianpinqideshuchupinlvgangshangshengjiulijitiaozha，qiedianyabiaodezhizhenyoushunjianhui“0”的跡象，則說明變頻器的輸出端已經短路或接地。
    dierbu，yaopanduanshizaibianpinqineibuduanlu，haishizaiwaibuduanlu。zheshi，yingjiangbianpinqishuchuduandejiexiantuokai，zaixuandongdianweiqi，shipinlvshangsheng，rurengtiaozha，shuomingbianpinqineibuduanlu;如不再跳閘，則說明是變頻器外部短路，應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
    負載很輕，卻又過電流跳閘，這是變頻調速所特有的現象。
    (1) 變頻調速係統的特殊問題
    在V/F控製模式下，存在著一個十分突出的問題:就是在運行過程中，電動機磁路係統的不穩定。其基本原因在於:
    低頻運行(fX下降)時，由於電壓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Ｅ/f和磁通也隨之減小。為了能帶動較重的負載，常常需要進行轉矩補償(即提高Ｕ/f比，也叫轉矩提升)。
    而當負載變化時，電阻壓降I1r1和反電動勢E1所占的比例、比值Ｅ/f和磁通量等也都隨之變化。結果是:導致電動機磁路的飽和程度也在隨負載的輕重而變化。
    在進行變頻器的功能預置時，通常是以重載時也能帶得動負載作為依據來設定Ｕ/f比的。顯然，重載時電流I1和電阻壓降ΔＵr都大，需要的補償量也大。但這樣一來，在負載較輕，I1和電ΔUr都較小時，必將引起“補償過分”，導致磁路飽和。
    (2) 磁路飽和的後果
    當磁路飽和時，磁通和勵磁電流的波形如圖３所示:

圖3 磁路在飽和區工作時的勵磁電流

    圖3(a)是電動機磁路的磁化曲線;圖3(b)是磁通的波形，由於磁路飽和的原因，磁通波形的上麵被“削平”了，變成了平頂波;圖3(c)是勵磁電流的波形，其橫坐標是勵磁電流i0，與磁化曲線圖3(a)的橫坐標對應。縱坐標是時間t，它和磁通曲線的橫坐標相對應。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的波形將發生嚴重畸變，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重，峰值也越大。
    由於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。結果是:往往在負載很輕時發生過電流跳閘。
    這種由電動機磁路飽和引起的過電流跳閘，主要發生在低頻、輕載的情況下。常見的例子如:
    a) 負載在運行過程中，阻轉矩的變化較大。例如，某廠的車床采用變頻調速，所購變頻器無矢量控製功能。為了能在低速時進行切削，將Ｕ/f比預置得較大，但一退刀就跳閘。
解決方法:反複調整Ｕ/f比，使之既能在低速時進行切削，退刀時又不跳閘。
    b) 變頻器用於風機或水泵，但Ｕ/f比卻預置得較大。例如，某廠有一台變頻器，原來用在傳輸帶上，運行情況一直很好。後改接到風機上，起動時，頻率剛上升到１０Ｈｚ左右就因“過流”而跳閘了。這是因為，傳輸帶是恒轉矩負載，當變頻器用到傳輸帶上時，其Ｕ/ｆ比(bi)必(bi)預(yu)置(zhi)得(de)較(jiao)大(da)。而(er)風(feng)機(ji)是(shi)二(er)次(ci)方(fang)律(lv)負(fu)載(zai)，低(di)速(su)時(shi)負(fu)荷(he)級(ji)輕(qing)，導(dao)致(zhi)電(dian)動(dong)機(ji)磁(ci)路(lu)嚴(yan)重(zhong)飽(bao)和(he)，勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)嚴(yan)重(zhong)畸(ji)變(bian)，峰(feng)值(zhi)很(hen)大(da)，使(shi)變(bian)頻(pin)器(qi)跳(tiao)閘(zha)。
    解決方法:將Ｕ/ｆ比預置為最小檔後就不再跳閘了。

2.3 重載過電流
    (1) 故障現象
    有些生產機械在運行過程中負荷突然加重，甚至“卡住”，電動機的轉速因帶不動而大幅下降，電流急劇增加，過載保護來不及動作，導致過電流跳閘。
    (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(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)過(guo)載(zai)屬(shu)於(yu)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)經(jing)常(chang)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)現(xian)象(xiang)，則(ze)首(shou)先(xian)考(kao)慮(lv)能(neng)否(fou)加(jia)大(da)電(dian)動(dong)機(ji)和(he)負(fu)載(zai)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)動(dong)比(bi)？適(shi)當(dang)加(jia)大(da)傳(chuan)動(dong)比(bi)，可(ke)減(jian)輕(qing)電(dian)動(dong)機(ji)軸(zhou)上(shang)的(de)阻(zu)轉(zhuan)矩(ju)，避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)帶(dai)不(bu)動(dong)的(de)情(qing)況(kuang)。但(dan)這(zhe)時(shi)，電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)最(zui)高(gao)速(su)時(shi)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)必(bi)將(jiang)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)頻(pin)率(lv)，其(qi)帶(dai)負(fu)載(zai)能(neng)力(li)也(ye)會(hui)有(you)所(suo)減(jian)小(xiao)。因(yin)此(ci)，傳(chuan)動(dong)比(bi)不(bu)宜(yi)加(jia)大(da)得(de)過(guo)多(duo)。同(tong)時(shi)還(hai)應(ying)注(zhu)意(yi):應根據計算結果重新預置變頻器的“最高頻率”。
    如無法加大傳動比，則隻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，據觀察，有時是電動機堵轉後跳閘。
    解決方法:將電動機軸上的皮帶輪禦下，略“車”小一點(如皮帶變鬆，則將電動機底座適當後移)，就不再過電流跳閘了。

2.4 升速或降速中過電流
    這是由於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
    首先了解根據生產工藝要求是否允許延長升速或降速時間，如允許，則可延長升(降)速時間。
    (2) 準確預置升(降)速自處理(防失速)功能
    變頻器對於升、降速過程中的過電流，設置了自處理(防失速)功能。當升(降)電流超過預置的上限電流Ｉset時，將暫停升(降)速，待電流降至設定值Ｉset以下時，再繼續升(降)速，如圖4所示。

圖4 升(降)速自處理功能

    但多數變頻器的降速自處理功能隻考慮直流電壓，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後，因延長了升、降速時間而不能滿足生產機械的要求，則:
    a) 考慮適當加大傳動比，以減小拖動係統的飛輪力矩，使電動機容易啟動及升速;
   b) 如果不能加大傳動比，則隻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，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衝擊電流。

3.1 過載的主要原因
    (1) 機械負荷過重負荷過重的主要特征是電動機發熱，並可從顯示屏上讀取運行電流來發現。
    (2) 三相電壓不平衡引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，其特點是電動機發熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發現(因顯示屏隻顯示一相電流)。
    (3)誤動作變頻器內部的電流檢測部分發生故障，檢測出的電流信號偏大，導致跳閘。

3.2 檢查方法
    (1) 檢查電動機是否發熱 ruguodiandongjidewenshengbugao，zeshouxianyingjianzhabianpinqidedianzirebaohugongnengyuzhideshifouheli，rubianpinqishangyouyuliang，zeyingfangkuandianzirebaohugongnengdeyuzhizhi;如(ru)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)允(yun)許(xu)電(dian)流(liu)已(yi)經(jing)沒(mei)有(you)餘(yu)量(liang)，不(bu)能(neng)再(zai)放(fang)寬(kuan)，且(qie)根(gen)據(ju)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)，所(suo)出(chu)現(xian)的(de)過(guo)載(zai)屬(shu)於(yu)正(zheng)常(chang)過(guo)載(zai)，則(ze)說(shuo)明(ming)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)不(bu)當(dang)，應(ying)加(jia)大(da)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)容(rong)量(liang)，更(geng)換(huan)變(bian)頻(pin)器(qi)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)，電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)拖(tuo)動(dong)變(bian)動(dong)負(fu)載(zai)或(huo)斷(duan)續(xu)負(fu)載(zai)時(shi)，隻(zhi)要(yao)溫(wen)升(sheng)不(bu)超(chao)過(guo)額(e)定(ding)值(zhi)，是(shi)允(yun)許(xu)短(duan)時(shi)間(jian)(幾分鍾，甚或幾十分鍾)過載的，而變頻器則不允許。
    如(ru)果(guo)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)溫(wen)升(sheng)過(guo)高(gao)，而(er)所(suo)出(chu)現(xian)的(de)過(guo)載(zai)又(you)屬(shu)於(yu)正(zheng)常(chang)過(guo)載(zai)，則(ze)說(shuo)明(ming)是(shi)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)負(fu)荷(he)過(guo)重(zhong)。這(zhe)時(shi)，首(shou)先(xian)應(ying)考(kao)慮(lv)能(neng)否(fou)適(shi)當(dang)加(jia)大(da)傳(chuan)動(dong)比(bi)，以(yi)減(jian)輕(qing)電(dian)動(dong)機(ji)軸(zhou)上(shang)的(de)負(fu)荷(he)。如(ru)能(neng)夠(gou)加(jia)大(da)，則(ze)加(jia)大(da)傳(chuan)動(dong)比(bi)。如(ru)果(guo)傳(chuan)動(dong)比(bi)無(wu)法(fa)加(jia)大(da)，則(ze)應(ying)加(jia)大(da)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)容(rong)量(liang)。
    (2) 檢查電動機側三相電壓是否平衡 ruguodiandongjicedesanxiangdianyabupingheng，zeyingzaijianzhabianpinqishuchuduandesanxiangdianyashifoupingheng，ruyebupingheng，zewentizaibianpinqineibu，yingjianzhabianpinqidenibianmokuaijiqiqudongdianlu;
如ru變bian頻pin器qi輸shu出chu端duan的de電dian壓ya平ping衡heng，則ze問wen題ti在zai從cong變bian頻pin器qi到dao電dian動dong機ji之zhi間jian的de線xian路lu上shang，應ying檢jian查zha所suo有you接jie線xian端duan的de螺luo釘ding是shi否fou都dou已yi擰ning緊jin，如ru果guo在zai變bian頻pin器qi和he電dian動dong機ji之zhi間jian有you接jie觸chu器qi或huo其qi他ta電dian器qi，則ze還hai應ying檢jian查zha有you關guan電dian器qi的de接jie線xian端duan是shi否fou都dou已yi擰ning緊jin，以yi及ji觸chu點dian的de接jie觸chu狀zhuang況kuang是shi否fou良liang好hao等deng。
    如果電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率:
    如工作頻率較低，又未用矢量控製(或無矢量控製)，則首先降低Ｕ/ｆ比，如降低後仍能帶動負載，則說明原來預置的Ｕ/ｆ比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低Ｕ/ｆ比來減小電流;如果降低後帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量;如果變頻器具有矢量控製功能，則應采用矢量控製方式。
    (3) 檢查是否誤動作
    在經過以上檢查，均未找到原因時，應檢查是不是誤動作。如圖６suoshi，panduandefangfashizaiqingzaihuokongzaideqingkuangxia，yongdianliubiaoceliangbianpinqideshuchudianliu，yuxianshipingshangxianshideyunxingdianliuzhijinxingbijiao，ruguoxianshipingxianshidedianliudushubishijiceliangdedianliudadejiaoduo，zeshuomingbianpinqineibudedianliuceliangbufenwuchajiaoda，“過載”跳閘有可能是誤動作。
    綜上所述，過載跳閘的判斷流程如圖７所示。

圖6 誤動作的判斷

圖7 過載跳閘的判斷流程

狀　態：離線

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