变频器过电流故障原因及处理方法.doc

变频器过电流故障原因及处理方法(1)过电流故障 过流故障可分为短路、轻载、重载、加速、减速、恒速过电流。变频器过电流故障一般是由于变频器的加减速时间设定太短、负载突变、负荷分配不均匀、输出短路等原因引起的。通常的解决办法是延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查等。如果断开后负载变频器还是过电流故障，说明变频器内部元件，如变频器电路故障，需要进一步检查维修。如果断开负载后，过电流故障消失，应从电动机开始逐个回路检查，并且逐项实验，直至排除故障。 变频器发生过电流故障的原因可分为外部原因和变频器本身的原因两方面。变频器中过电流保护的对象主要是指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情况。由于变频器中电力电子开关元器件的过载能力比较差，因此变频器的过电流保护是至关重要的一环。到目前为止，变频器的过电流保护已经十分完善。 短路故障。变频调速系统的短路故障是具有危险性的故障，在处理短路故障时应注意观察和分析，假如短路故障点发生在变频器的输出侧，如图7-3所示，则短路故障的特点如下。图7-3 变频器输出侧短路 a变频器短路故障经常在运行过程中发生，当复位后重新启动时，变频器调速系统中的升速变频器短路保护动作。 b变频器短路故障具有较大的冲击电流，目前生产的变频器都设有无时限的速断保护，当发生短路故障时，只要无时限的速断保护能可靠动作，短路电流就不会对变频器造成损坏。 c变频器自身工作的不正常，如逆变桥中某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，使直流电压的正、负极间处于短路状态。 d变频器的输出侧短路主要表现在变频器输出端到电动机之间的连接电缆发生相互短路或电动机内部发生短路。 当变频器短路保护动作并显示短路故障信息时，应先确认是否有短路故障。在变频器复位后重新启动时，注意观察变频器电源输入端电压表指示的变化。如果变频器的输出频率刚上升，则短路保护就立即动作。在短路保护动作瞬间电压表的指针有瞬间回零的迹象，则说明变频调速系统有短路或接地故障。 当确认变频调速系统有短路或接地故障后，要判断故障是发生在变频器，还是发生在变频器以外的回路中。此时，应将变频器输出端的接线拆除，复位变频器后再次启动，若变频器的输出频率刚上升短路保护就立即动作，则说明变频器内部故障；如不再跳闸，则说明故障是在变频器外部回路，应检查从变频器到电动机之间的线路，以及电动机本身。 轻载过电流。轻载过电流是变频调速系统特有的一种故障现象。其原因是变频器在U/f控制模式下运行，电动机的磁路不稳定。 a变频调速系统运行在低频情况下，由于输出电压的下降，电动机绕组电阻压降I1/r1所占比例增加，而反电动势E1所占比例减小，系统的压频比和磁通也随之而变小，从而导致电动机的输出转矩减小。为了提高变频器在低频运行时的带负载能力，通常采取提高系统的压频比U/f，即转矩补偿措施。 b变频调速系统在参数预置时，通常是以运行时带最大负载来设定压频比U/f的。在系统最大负载时，电流I1和电阻压降Ur都很大，需要转矩补偿量也较大。但轻负载时，电流I1和电阻压降Ur都相对较小时，将因引起“过补偿”而导致电动机的磁路饱和。电动机磁路的饱和程度也随电动机负载的轻重而变化，从而造成电动机的磁路不稳定。 电动机磁路饱和时，磁通和励磁电流的波形如图7-4所示。图7-4(a)是电动机磁路的磁化曲线；图7-4(b)是磁通的波形，由于磁路饱和使磁通波形的上面被“削波”为平顶波；图7-4(c)为电动机励磁电流的波形。其横坐标是励磁电流i0，与磁化曲线的横坐标对应，纵坐标是时间t，与磁通曲线的横坐标相对应。图7-4(c)所示曲线是磁化曲线和磁通的波形叠加。由图7-4(c)可以得出，电动机励磁电流i0的波形将发生严重畸变，是一个峰值很高的尖峰波。电动机的磁路越饱和，励磁电流的畸变越严重，峰值也越大。虽然励磁电流尖峰波的电流变化率di/dt很大，但励磁电流的有效值不一定很大。电动机励磁电流尖峰波值可导致电动机在负载很轻时变频器却发生过电流保护动作。电动机磁路饱和引起的过电流保护动作主要发生在低频、轻载的情况下。图7-4 磁路在饱和区工作时的励磁电流 重载过电流。变频调速系统重载过电流故障现象表现为，系统在拖动的生产机械运行过程中负荷突然增加，如果电动机的输出转矩小于负载转矩，则电动机转速会大幅度下降，变频器的工作电流也将急剧增加。变频调速系统的重载过电流保护带有一定的动作时限，在重载过电流保护的电流设定值和设定时限到达时，重载过电流保护将可靠动作。变频调速系统的重载过电流故障通常是由系统设计不好或者机械设备故障引起的。在变频调速系统发生过电流故障时，应针对故障时的运行工况进行分析。如果在生产过程中电动机经常出现过载现象，则属于系统设计问题，首先要考虑能否加大电动机和负载之间的传动比。适当增加传动比，可减轻电动机轴上的阻转矩。但传动比不宜加得太大，如果太大，会使电动机在最高速时的工作频率超过额定频率，带负载能力也会有所减小。如不能加大传动比，则只能增大电动机和变频器的容量。对于偶发性过载故障，应检查系统拖动的生产机械设备是否有由故障和生产流程操作引发重载过电流的因素，并针对检查出的问题采取与其相应的措施。 (2)过电流故障处理方法 如果变频系统启动时刚升速就跳闸，这是过电流比较严重的现象，主要检查以下几方面。 工作机械是否被卡住。 变频器功率模块有无损坏。 负载侧是否短路，用兆欧表检查对地有没有短路。 电动机的启动转矩是否太小，使拖动系统转不起来。 如果变频系统启动时不立即跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查以下几方面。 升速时间设定是否太短，先了解生产工艺要求是否允许延长升速时间，如可以，则可延长升速时间。 减速时间设定是否太短，先了解生产工艺要求是否允许延长减速时间，如可以，则可延长减速时间。 转矩补偿（U/f比）设定是否太大，太大会引起低频时空载电流过大。 假如电子热继电器整定不当，动作电流设定得过小，会引起变频器误动作。 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，设置了自处理功能。当升（降）电流超过预置的上限电流Iset时，将暂停升（降）速，待电流降至设定值Iset以下时，再继续升（降）速，如图7-5所示。图7-5 升（降）速自处理功能 其他措施。如果采用了自处理功能后，延长了升、降速时间仍不能满足生产机械的要求，则需考虑适当加大传动比，以减小拖动系统的飞轮力矩，使电动机容易启动及升速；如果不能加大传动比，则只能考虑加大变频器的容量。 在排除变频器常见故障时，应首先排除由于参数问题而导致的故障。例如电流限制、加速时间过短都有可能导致过电流的产生。然后就必须判断是否电流检测电路出了故障。 变频器由于下列原因也可能引起过电流保护动作。 主电路接口板电流、电压检测通道损坏，都会出现过电流。电路板损坏的原因是：由于环境太差，固体颗粒附着在电路板上，造成静电损坏，或者有腐蚀性气体腐蚀电路。电路板的零电位与机壳连在一起，由于机壳与柜体是与保护地相连的，保护地上的地电位会影响电路板上电路的工作性能。严重时电路板的零电位点电位升高，也会造成电路板损坏。 连接插件不紧、不牢。例如，电流或电压反馈信号线接触不良，会出现过电流故障时有时无的现象。 当负载不稳定时，应采用DTC控制模式，因为DTC控制速度非常快，每隔25s产生一组精确的转矩和磁通的实际值，再经过电动机转矩比较器和磁通比较器比较后输出，由优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置，这样能有效地抑制过电流。另外，速度环的自适应会自动调整PID参数，从而使变频器输出给电动机的电流平稳。 过电流的外部原因如下。 电动机负载突变，引起大的冲击电流而过电流保护动作。这类故障一般是暂时的，重新启动后就会恢复正常运行。如果经常会有负载突变的情况，应采取措施限制负载突变或更换较大容量的变频器，建议选用直接转矩控制方式的变频器，这种变频器动态响应快、控制速度非常快，具有速度环自适应能力，能使变频器输出电流平稳，避免过电流。 电动机内部和电动机电缆绝缘破坏，造成匝间或相间对地短路，因而导致过流。 在电动机线圈和外壳之间、电动机电缆和大地之间存在较大的寄生电容，通过寄生电容会有高频漏电流流向大地，导致过电流。 若在变频器输出侧有功率因数校正电容或浪涌吸收装置，则其故障也会引起过电流故障。 变频器运行过程中控制电路遭到电磁干扰，导致控制信号错误，引起变频器工作错误，速度反馈信号丢失或非正常时，也会引起过电流。 变频器的容量选择不当，与负载特性不匹配，引起变频器功能失常、工作异常、过电流甚至故障损坏。 综上所述，过电流故障诊断流程图如图7-6所示。图7-6 变频器过电流故障诊断流程图