變頻器的過流故障是最常見也是較復雜的故障,當過流故障發生時,變頻器保護電路會立即動作并停機,同時變頻器顯示故障代碼或故障類型。大多數情況下可以根據變頻器顯示的故障代碼迅速找到故障原因并排除故障,但也有一些過流故障的原因是多方面的,并不是單一的,而是包含了加速、減速、恒速過流、負載發生突變、輸出短路等各種可能導致過流保護的因素。下面分析變頻器過流故障原因以及提出過流故障處理方法。
1、變頻器過流原因的分析
變頻器中過流保護的對象主要指峰值超過了額定電流的200%且帶有突變性質的電流檢測值,變頻器就會顯示OC(OverCurrent)表示已經過流,由于變頻器中逆變器件的過載能力比較差,因此變頻器的過流保護是變頻器使用過程中最重要的一環。變頻器過流故障分為加速過流、減速過流、恒速過流等,其引起原因可能是變頻器的加減速時間太短、負載發生了突變、負荷分配不均、輸出端有短路等。
根據變頻器顯示屏顯示,原因有以下幾方面:
(1)變頻器工作中過流,即電機拖動系統在工作過程中出現過流,其原因大致有以下幾方面:
a.電動機傳動機構出現“卡住”現象或遇到沖擊負載,電動機工作電流突然增加而出現過流。
b.變頻器輸出端短路(如圖1所示),如輸出端連接線發生相互短路,或電動機內部短路、接地(電機繞組燒毀、繞組絕緣劣化、電纜破損而引起的短路)等,變頻器輸出端電流大增而出現過流。
c.變頻器本身工作異常,如逆變橋中同一橋臂的兩個逆變器件在交替的工作中出現不正常。如環境溫度太高或逆變器元器件老化等原因,使逆變器的參數發生變化,導致在交替過程中,一個器件卻還未來得及關斷,而另一個器件已經導通,引起同一個橋臂的上。
(2)變頻器升速或降速時過流。如果負載的慣性比較大,而變頻器設定升速時間或降速時間太短時,就會引起過流。在升速過程中,如果變頻器工作頻率上升太快,電動機的同步轉速也迅速上升,而電動機轉子的轉速因負載慣性比較大而跟不上去,結果就會使升速電流太大,引起變頻器過流保護;在降速過程中,如果變頻器設定降速時間太短,電動機的同步轉速迅速下降,而電動機轉子因負載的慣性大,電動機轉速仍維持較高的狀態,這時轉子繞組切割磁力線的速度太大而產生過流,引起變頻器過流保護。
(3)變頻器一通電或者一開始運行就出現過流。這種過流保護一般是因變頻器內部故障引起的,如果負載正常,變頻器還是出現過流保護,大部分是過流檢測電路引起,如電流檢測電路、取樣電阻或傳感器等。如果電壓不對即為該電路可能有問題,應查找原因并排除故障。R4為過流檢測電路的取樣電阻,若阻值有變應更換。
2、變頻器過流故障診斷流程圖
3、過流故障處理方法
變頻器顯示過流故障,有二種類型:一種是運行過程中出現過流故障顯示;另一種是變頻器接通電源后就顯示過流故障,或運行停止后仍出現過電流故障顯示,并且不能復位。運行過程中變頻器出現過流故障顯示,多半是外部原因或設置參數不合理引起的。例如電動機電纜損壞或電動機線圈相間、對地短路引起的電動機側端子短路;電動機過負載非常嚴重引起過電流;加速或減速時間設置過短,變頻器在加速或減速過程中,由于負載電流過大,出現變頻器過電流顯示等等。這些過電流故障當外部故障排除后,按復位按鈕就能復位,或自動復位,變頻器是正常的。
變頻器接通電源后就顯示過流故障,變頻器自動停止運行后,過流故障無法復位,是假過流故障:因為變頻器是在根本沒有輸出電流的狀況下,而顯示過流故障的。這是變頻器的電流檢測保護電路出了故障:通常是由于電流取樣器件,如取樣電阻、電流互感器及霍爾元件損壞或參數值改變,放大電路損壞和比較電路運行不正常等等引起的。修理時可以從這些環節上去檢查、分析和找出故障點。
變頻器過流故障的檢查步驟:
第一,確定負載是否符合正常運行條件;
第二,確定變頻器自身是否正常;
第三,確定變頻器的設置參數是否與加減速過程或負載運行的工藝條件匹配;
第四,確定變頻器接線是否正常。
(1)負載側過流原因檢查
負載側的過流原因是引起變頻器過流的最主要因素,因此一旦變頻器發生過流故障,先要檢查:
a.機械部分檢查:負載側機械有沒有卡住,引起電機不轉,導致過流;
b.短路檢查:檢查負載有沒有短路現象,用兆歐表檢查電機和電機電纜相間或每相對地的絕緣電阻是否為零,如果絕緣電阻為零,說明電機或電機電纜匝間或相間對地短路;
c.電動機的啟動轉矩是否過小檢查:如果啟動轉矩過小,拖動系統轉不起來,引起過流;
d.電機電纜是否符合要求檢查:選擇電機電纜一定按照要求去選,因為電機的漏抗、電機電纜的耦合電抗大小和過流
(2)變頻器自身檢查
變頻器自身硬件問題一般是模塊壞、驅動電路壞、電流檢測電路壞等。
主要檢查幾方面內容:
a.連接插件檢查:由于電流或電壓反饋信號線連接不緊、不牢而造成接觸不良,會出現過流故障時有時無的現象。
b.檢測通道檢查:如果主電路接口板電壓、
電流檢測通道損壞,也會出現過流。
c.電流互感器檢查:當變頻器主回路送電還未啟動時,變頻器有電流顯示且電流在變化,這樣可判斷電流互感器已損壞,應更換互感器損壞。
d.電路板檢查:電路板損壞的原因可能有:第一,由于變頻器工作環境太差,導電性煙塵附在電路板上,造成損壞。第二,電路板的零電位與機殼短路。第三,由于接地不良,變頻器電路板的零伏受到干擾,也會損壞電路板。
(3)變頻器設定參數檢查
變頻器參數設定問題是在負載、變頻器都沒有問題的情況下才懷疑的因素,參數設定包括加速、減速時間太短、PID調節器的比例P和積分時間I參數不合理、超調過大等,這些參數的設置錯誤都將造成變頻器輸出電流不穩定或直接過流。
針對變頻器參數設定問題,主要檢查:
a.升速時間檢查:時間設定太短,加長加速時間;
b.減速時間檢查:時間設定太短,加長減速時間;
c.轉矩補償(U/f比)設定檢查:轉矩補償設定太大,引起低頻時空載電流過大;
d.電子熱繼電器整定檢查:熱繼電器整定不當,動作電流設定得太小,引起變頻器誤動作。另外,如果負載不穩定時,建議使用矢量控制模式或DTC模式,有利于抑制過流。同時使用速度環的自適應功能來自動調整PID參數,可以使變頻器輸出電機電流平穩。
(4)輸入輸出線路電壓檢查
缺相是過流保護的其中一個原因。如果變頻器輸入電壓缺相時,勢必引起另外兩相輸入電壓降低,負載電流急劇加大,引起變頻器過流保護。而當變頻器輸出端缺相時,會使電動機的另外兩相電流加大從而引起變頻器過流保護。所以對變頻器輸入及輸出端電壓都應進行檢查,排除缺相引起過流故障。
4、自動限流功能
針對變頻器容易過流的現象,很多變頻器都推出了自動限流功能,即通過對負載電流進行實時控制,自動限定其不超過設定的自動限流水平值(通常以額定電流的百分比來表示),來防止電流過沖而引起的故障跳閘,這對于一些慣量較大或變化劇烈的負載場合,尤其適用。
當然,自動限流功能動作時,變頻器輸出頻率可能會有所變化,所以對要求恒速運行時輸出頻率較穩定的場合,不宜一直使用該功能,僅僅在啟動或停機時才用到。
5、維修實例
實例:富士FVRl50G7S7.5kW
故障現象:變頻器顯示OC3(過流故障)。
分析與判斷:變頻器接通電源后便顯示過電流故障,問題可以鎖定在電流檢測保護電路上。這種變頻器的三相輸出都裝有電流檢測放大電路,其檢測的電流信號通過接插件送到保護電路。可以通過拔掉三個插頭來判斷問題在電流檢測放大電路,還是保護電路。把三個插頭拔掉后,過流故障現象消失,說明故障就在電流檢測放大電路。然后再把電流檢測放大電路的插頭逐個插上去。插第一個,未顯示過流故障;插第二個,顯示過流故障,拔下后又正常,插第三個也正常。說明第二個電流檢測放大電路損壞。為了進一步確定,將第二個插頭插入、拔出,插入顯示過流故障,拔出就正常。細查第二個電流檢測放大電路時,發現只要接上直流供電電源,其輸出就為高電平。(正常的電流檢測放大電路在被檢測電流為零時,輸出低電平)經檢查運放集成電路損壞。
故障處理:更換集成電路,變頻器恢復正常。
故障原因:這臺變頻器的三相輸出電流的檢測放大電路中,有一相電流檢測放大電路的集成放大電路損壞,放大電路輸出一個不變的高電平,保護電路接收到這個錯誤信號后,向有關電路發出過電流故障信號,使變頻器接通電源就出現過電流顯示。