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变频器的过载故障及排除

时间:2011-10-07 来源:未知 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:

1 引言
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。

频器过载工作机制

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2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1min,是否与上述现象发生冲突?

水泵变频控制

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1h则报e013,当变频器输出电流达到110%,持续时间达到1min,也同时报e013。

变频器p型机反时限曲线

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。

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.00~fh.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。(信息来源:www.dqjsw.com.cn
(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2950r/min。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。

离心风机变频控制

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。

12hz时的振荡电流波形

图5 12hz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)。

电机稳定因子调整后的12hz输出电流波形

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)完美地结合在一起。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2s、180%额定电流2s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℃小于60℃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,变频器的额定功率可能大于电机功率,也可以小于电机功率,事实上变频器的选型也是根据机械负载决定的。
总之,变频器选型的最终依据,是变频器的电流曲线包括机械负载的电流曲线。

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