案例1
某水務(wù)局一臺(tái)45kW西門(mén)子430變頻器，拖動(dòng)一臺(tái)45kW水泵電動(dòng)機(jī)，當(dāng)變頻器開(kāi)機(jī)時(shí)，輸出頻率上升到16Hz，變頻器過(guò)電流跳閘，復(fù)位后重新起動(dòng)，仍然在16Hz過(guò)電流跳閘。
故障分析
該泵為離心水泵，沒(méi)有沖擊現(xiàn)象，離心水泵的負(fù)載特性如下圖所示，從特性線分析，當(dāng)頻率在16Hz時(shí)，變頻器的電流很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定值，不會(huì)造成過(guò)電流跳閘。但葉輪卡住電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，電流會(huì)很大。如是葉輪卡住頻率上升不到16Hz就會(huì)跳閘，所以過(guò)電流跳閘另有原因。電動(dòng)機(jī)繞組短路的可能性最大。
故障處理
斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)，變頻器空載運(yùn)行正常(該變頻器可以空載運(yùn)行)，再接入電動(dòng)機(jī)，仍然在16Hz左右出現(xiàn)過(guò)電流跳閘。換一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行正常，說(shuō)明過(guò)電流是電動(dòng)機(jī)故障。將電動(dòng)機(jī)分解，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組有短路現(xiàn)象。
總結(jié)
水泵在頻率較低的情況下出現(xiàn)過(guò)電流跳閘，主要原因一是電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。二是電動(dòng)機(jī)繞組短路。
案例2
一金屬加工企業(yè)變頻器改造項(xiàng)目，用一臺(tái)75kW施耐德變頻器拖動(dòng)一臺(tái)75kW電動(dòng)機(jī)。變頻器起動(dòng)過(guò)程中跳“OCF”，不能工作。
故障分析
該機(jī)負(fù)載為機(jī)械傳動(dòng)，負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩特性，如下圖所示工作頻率在任何值都有過(guò)載的可能。首先盤(pán)車(chē)沒(méi)有卡住現(xiàn)象，過(guò)電流不是負(fù)載引起。只有電纜短路、 電動(dòng)機(jī)繞組短路。電動(dòng)機(jī)為舊電機(jī)，繞組短路的可能性大。
故障處理
將電動(dòng)機(jī)接線斷開(kāi)，重新起動(dòng)，變頻器工作正常。測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組電阻，沒(méi)有短路現(xiàn)象。后將電動(dòng)機(jī)又接回變頻器，仍然跳“OCF”。將電動(dòng)機(jī)分解，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組有短路燒痕，判斷為電動(dòng)機(jī)匝間短路。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)為工作多年的老電動(dòng)機(jī)，絕緣程度大大下降，變頻器的輸出波形又為PWM波，造成電動(dòng)機(jī)匝間局部短路。重新?lián)Q一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，故障排除。
總結(jié)
因?yàn)闇y(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組用的是萬(wàn)用表，萬(wàn)用表一是內(nèi)部的供電電壓只有1.5V，太低，二是電阻的最小分辨率為1Ω，而該電動(dòng)機(jī)的正常繞組電阻小于1Ω，所以用萬(wàn)用表是測(cè)不出來(lái)的。一般檢查電動(dòng)機(jī)的直流電阻要用交流電橋。
在設(shè)備改造時(shí)，要注意老電動(dòng)機(jī)的絕緣性能是否下降，如不能適應(yīng)變頻器的要求，就要選用變頻器專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)或新的電動(dòng)機(jī)。
案例3
料漿泵選用富士FRN90P9S-4CE變頻器，額定電流176A；配用90kW電動(dòng)機(jī)，額定電流164A。在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，頻率約在12Hz時(shí)電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，隨后變頻器過(guò)電流跳閘。復(fù)位后重新起動(dòng)，故障依舊。
故障分析
因?yàn)槭切掳惭b系統(tǒng)，設(shè)備損壞的可能性很小。檢查設(shè)定參數(shù)，變頻器轉(zhuǎn)矩提升保持為出廠設(shè)定值0.1，0.1是轉(zhuǎn)矩提升功能設(shè)置為減轉(zhuǎn)矩特性。由于該系統(tǒng)工藝流程影響，出口存有初始?jí)毫Γ?dāng)變頻器輸出頻率上升到12Hz時(shí)，初始?jí)毫ψ畲?，造成電?dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過(guò)電流。
故障處理
該變頻器是風(fēng)機(jī)水泵專(zhuān)用變頻器，其U/f曲線是二次方減轉(zhuǎn)矩特性，如下圖所示。該變頻器具有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)提升功能，它根據(jù)變頻器的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，自動(dòng)提升補(bǔ)償，將轉(zhuǎn)矩提升碼改為0.0，選擇轉(zhuǎn)矩自動(dòng)提升模式，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)正常。
總結(jié)
減轉(zhuǎn)矩特性是風(fēng)機(jī)水泵的專(zhuān)用特性線，目的主要是為了節(jié)能。但因?yàn)槠饎?dòng)轉(zhuǎn)矩小，在一些特殊場(chǎng)合，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行轉(zhuǎn)矩提升。
案例4
某水泥回轉(zhuǎn)窯配用Y315L2-8、110kW電動(dòng)機(jī)? 選用美國(guó)AB公司1336S-B250HP變頻器驅(qū)動(dòng)。空載試車(chē)時(shí)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但下料后再起動(dòng)時(shí)，頻率上升到10z左右，電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)變頻器過(guò)電流保護(hù)跳閘，過(guò)電流值高達(dá)530A。
故障分析
水泥回轉(zhuǎn)窯帶物料起動(dòng)時(shí)，因物料的偏轉(zhuǎn)角隨著旋轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸增大(見(jiàn)下圖)，當(dāng)物料的重力造成的附加阻轉(zhuǎn)矩達(dá)到一定值時(shí)，使變頻器過(guò)電流跳閘。
故障處理
調(diào)整變頻器壓頻比U/f曲線，當(dāng)f為37Hz時(shí)U為380V，起動(dòng)成功。但完成起動(dòng)后變頻器進(jìn)入恒功率運(yùn)行，因電動(dòng)機(jī)磁通過(guò)大導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)鐵心飽和發(fā)熱，20Hz時(shí)電流高達(dá)380A，無(wú)功電流約占80%。
實(shí)際過(guò)電流是在10Hz左右，因此，只要在1/3基頻以下的低速區(qū)間設(shè)置足夠的轉(zhuǎn)矩提升，在其他頻率段基本保持恒轉(zhuǎn)矩下U/f曲線的斜率，是能夠完成回轉(zhuǎn)窯調(diào)速控制的，也就是應(yīng)該設(shè)置低頻轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。通過(guò)反復(fù)調(diào)整低頻轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)，回轉(zhuǎn)窯起動(dòng)成功(新設(shè)置的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償線如下圖所示)。
總結(jié)
進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償就是修改變頻器的基本U/f線?；綰/f線是按電動(dòng)機(jī)的最佳工作狀態(tài)設(shè)置的，理論上一般不做改動(dòng)。低頻轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償線實(shí)際上是電動(dòng)機(jī)的臨時(shí)工作線，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，是不工作在補(bǔ)償線上的。如果修改了電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)處的U/f線，特別是向提升的方向修改，那么電動(dòng)機(jī)工作中就會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)電流等不正常現(xiàn)象。該設(shè)備應(yīng)選用矢量變頻器。
案例5
一臺(tái)日本松下電工BFV7037FP(3.7kW)變頻器，拖動(dòng)3.7kW電動(dòng)機(jī)。安裝完畢通電試機(jī)。按下起動(dòng)按鈕，操作面板顯示屏顯示的頻率由低向高變化，可是電動(dòng)機(jī)卻不轉(zhuǎn)，只是在不停地顫抖，同時(shí)伴隨著很大的噪聲，并顯示過(guò)載。
故障分析
根據(jù)現(xiàn)象判斷，一是外電路有問(wèn)題，二是參數(shù)設(shè)置有問(wèn)題(因變頻器是新機(jī)不會(huì)有硬件問(wèn)題)。停機(jī)檢查主電路與控制電路，將接線端子重新連接旋緊，開(kāi)機(jī)再試，仍不能運(yùn)轉(zhuǎn)。
按操作面板上的功能鍵“SET”，把顯示屏切換到顯示輸出電流，再次起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，顯示過(guò)。檢查電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)帶松緊適度，用手盤(pán)動(dòng)帶輪也不覺(jué)得沉重，這時(shí)才考慮到變頻器的功能參數(shù)是否設(shè)置不當(dāng)。
故障排除
該變頻器有71種功能碼，與電動(dòng)機(jī)起動(dòng)有關(guān)的參數(shù)為“加速時(shí)間”和 “轉(zhuǎn)矩提升水平”。如果這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)置與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性不匹配，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。加速時(shí)間設(shè)置過(guò)短、轉(zhuǎn)矩提升水平設(shè)置過(guò)大，都可能引起變頻器電流過(guò)大。按變頻器
“MODE”鍵進(jìn)入功能設(shè)定模式，將P01=2s(第一加速時(shí)間)修改為P01=6s；P05=20(轉(zhuǎn)矩提升水平)修改為P05=8。設(shè)置完畢，將顯示屏設(shè)為主顯示方式。按下起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行正常，輸出電流顯示在4.8A左右。
總結(jié)
該變頻器故障是加速時(shí)間設(shè)置太短和轉(zhuǎn)矩提升水平選得太大(P05=20是該變頻器的最大轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償)造成的。轉(zhuǎn)矩提升具有兩重性，當(dāng)變頻器的轉(zhuǎn)矩不足，電動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)時(shí)，適當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩提升，可以使電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)；如果補(bǔ)償過(guò)頭，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)大的無(wú)功電流，因無(wú)功電流形不成轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)抖動(dòng)不轉(zhuǎn)，變頻器因電流過(guò)大報(bào)過(guò)電流。
案例6
有一回轉(zhuǎn)窯改造項(xiàng)目，原用55kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)溫度較高，熱膨脹系數(shù)較大，窯體變形嚴(yán)重，使起動(dòng)及工作電流增大，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常堵轉(zhuǎn)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。改造時(shí)考慮到原電動(dòng)機(jī)的功率不足，選擇90kW、6極電動(dòng)機(jī)，選擇惠豐HF-G7-90T3型90kW通用變頻器，該變頻器額定電流180A。在試車(chē)運(yùn)行中頻繁跳“OC”過(guò)電流，過(guò)電流值高達(dá)330A，使生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。
故障分析
根據(jù)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常堵轉(zhuǎn)，其瞬時(shí)功率已經(jīng)大于110kW(因電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力為2倍)，即選擇90kW變頻器容量不夠。后通過(guò)論證，選擇160lW變頻器，該變頻器額定電流320A，過(guò)載能力為1.5～1.8倍，過(guò)載極限電流為480～570A。更換變頻器后工作正常，再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)電流跳閘現(xiàn)象。
故障總結(jié)
該案例最后選擇變頻器的額定容量電流等于電動(dòng)機(jī)的最大過(guò)電流值，即320A≈330A。該設(shè)備是摩擦性負(fù)載，這類(lèi)負(fù)載可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：變頻器容量是電動(dòng)機(jī)容量的 1.5～2倍的范圍內(nèi)選取。
在要求長(zhǎng)期工作而不跳閘的場(chǎng)合，變頻器的容量應(yīng)按最大負(fù)載瞬時(shí)電流選取，以保證變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；變頻器工作中偶爾跳閘對(duì)生產(chǎn)影響不大的場(chǎng)合，其容量可以按變頻器的過(guò)載極限電流等于電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)最大電流選取。
案例7
一臺(tái)110kW富士水泵專(zhuān)用變頻器，拖動(dòng)一臺(tái)110kW水泵電動(dòng)機(jī)，泵房距離變頻器200m，變頻器和電動(dòng)機(jī)采用三相屏蔽電纜連接。工作中變頻器經(jīng)常報(bào)過(guò)電流跳閘。
故障分析
檢查變頻器的顯示電流，超過(guò)了電動(dòng)機(jī)的額定電流，檢查電動(dòng)機(jī)的溫升，在正常范圍之內(nèi)。懷疑是電纜太長(zhǎng)，其分布電容產(chǎn)生的漏電流所致。電纜電路如下圖所示，在三條相線中，互相存在分布電容，該電容的大小和電纜的長(zhǎng)度成正比。因?yàn)樽冾l器輸出的是PWM脈寬調(diào)制波，頻率在3kHz以上，使分布電容的容抗減小，分布電容的電流和頻率的關(guān)系為：Xc=1/2πfC，Ic=Uc/Xc，由公式可見(jiàn)，降低電源的頻率和減小電容的電容量，都可以減小相線之間的漏電流。
為了確定是否電纜中出現(xiàn)了漏電流，將電動(dòng)機(jī)拆掉，空試電纜，變頻器顯示很大的輸出電流，看來(lái)電纜中確實(shí)具有較大的漏電流。
故障處理
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和變頻器之間的距離不能改變，也就是電纜的分布電容不能改變。在變頻器的輸出端增加了一臺(tái)交流電抗器(見(jiàn)下圖)，濾除了PWM高次諧波，使相線電流變?yōu)楣ゎl電流，變頻器過(guò)電流跳閘現(xiàn)象消失。
案例8
一臺(tái)富士FR5000G11S、11kW變頻器拖動(dòng)一臺(tái)Y2-132S-6、7.5kW電動(dòng)機(jī)，投入運(yùn)行時(shí)，頻繁過(guò)電流跳閘，顯示“OC”。經(jīng)測(cè)定該電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流達(dá)到50A。
故障檢查
因?yàn)槭切掳惭b系統(tǒng)，變頻器、電動(dòng)機(jī)損壞的可能性很小。現(xiàn)場(chǎng)檢查機(jī)械部分是否卡死，盤(pán)車(chē)輕松，無(wú)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象；檢查電纜及電動(dòng)機(jī)，無(wú)短路故障。后參考變頻器使用說(shuō)明書(shū)，檢查變頻器的設(shè)置參數(shù)。經(jīng)檢查，變頻器的頻率控制特性線設(shè)置為頻率正向偏置3Hz。
該電動(dòng)機(jī)為6極，額定轉(zhuǎn)速為970r/min， 轉(zhuǎn)速差為30r/min，轉(zhuǎn)差頻率為30P/60=30 ×3/60=1.5Hz。變頻器的頻率偏置是轉(zhuǎn)差頻率的2倍(3Hz/1.5Hz=2)。
因電動(dòng)機(jī)的定子電流和變頻器的轉(zhuǎn)速差成正比，當(dāng)電動(dòng)機(jī)突然加上兩倍的額定轉(zhuǎn)速差時(shí)，定子電流也為額定電流的兩倍，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子還沒(méi)來(lái)得及轉(zhuǎn)動(dòng)，變頻器已形成過(guò)電流跳閘。
故障排除
如下圖所示，將頻率控制特性線原設(shè)定的3Hz正向偏置修改為出廠設(shè)置，故障排除。
總結(jié)
參數(shù)設(shè)置不合理也可以造成變頻器過(guò)電流。這就提示我們，在變頻器調(diào)整時(shí)，如果出現(xiàn)了過(guò)電流現(xiàn)象，因設(shè)備都是新的，自身故障可能性很小，除了檢查電動(dòng)機(jī)等外負(fù)載之外，還要檢查一下變頻器的參數(shù)設(shè)置。
案例9
某鋼廠采用ABB ACS800/220kW變頻器，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)160kW、4極電動(dòng)機(jī)，用于一小型軋機(jī)。變頻器采用矢量控制，用數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器組成速度閉環(huán)。有一天開(kāi)機(jī)啟動(dòng)就出現(xiàn)過(guò)電流跳閘。
故障檢查
該機(jī)啟動(dòng)就報(bào)過(guò)電流，因?yàn)檐堜撨€沒(méi)有開(kāi)始，過(guò)電流和負(fù)載無(wú)關(guān)。原因在電動(dòng)機(jī)。用電流卡表測(cè)量輸出電流，超過(guò)400A，過(guò)電流不是誤報(bào)。
該機(jī)采用矢量閉環(huán)控制，通過(guò)編碼器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，編碼器安裝在電動(dòng)機(jī)的后軸上，與電動(dòng)機(jī)同速轉(zhuǎn)動(dòng)，將轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)電纜回傳到變頻器，進(jìn)行速度轉(zhuǎn)矩控制。編碼器連接見(jiàn)下圖所示。當(dāng)編碼損壞，沒(méi)有了速度反饋信號(hào)，變頻器輸出電流會(huì)大幅度上升，引起過(guò)電流跳閘。通過(guò)外觀觀察，編碼器損壞。
故障維修
更換一只新的同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)編碼器，過(guò)電流故障排除。
總結(jié)
當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器損壞出現(xiàn)反饋脈沖丟失現(xiàn)象時(shí)，脈沖反饋到變頻器的比較器，反饋脈沖低于目標(biāo)給定脈沖，比較器輸出正的誤差信號(hào)，變頻器輸出電流增大，使電動(dòng)機(jī)提速，其結(jié)果是變頻器過(guò)電流跳閘。這也是一條經(jīng)驗(yàn)：變頻器矢量閉環(huán)應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)編碼器損壞會(huì)造成變頻器過(guò)電流跳閘。
案例10
一臺(tái)丹弗斯VLTFC360-37kW變頻器，驅(qū)動(dòng)水泵工作。該機(jī)為新安裝變頻器，剛應(yīng)用兩個(gè)月，一天早晨剛一啟動(dòng)出現(xiàn)放電聲音，隨后出現(xiàn)焦糊味，變頻器停機(jī)黑屏，已經(jīng)燒毀。
故障分析
新變頻器，工作狀態(tài)良好，三相輸入電壓正常，為什么早晨一起動(dòng)就瞬間燒毀呢？該變頻器在北方應(yīng)用，冬天晚上室外氣溫已經(jīng)降到零下20℃，車(chē)間因?yàn)橥砩喜还ぷ?，溫度較低，早晨上班時(shí)室內(nèi)溫度快速上升，變頻器的模塊出現(xiàn)溫差結(jié)露，通電時(shí)因?yàn)榻Y(jié)露短路，造成模塊電極對(duì)地放電損壞。從丹弗斯變頻器結(jié)構(gòu)圖看：后背金屬散熱器因?yàn)榻Y(jié)露，使模塊和散熱器失去絕緣而放電擊穿。
結(jié)論
結(jié)露現(xiàn)象是電子電器在應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。在北方的冬季，設(shè)備從室外進(jìn)到室內(nèi)，不要馬上通電試機(jī)，要等到設(shè)備和室內(nèi)溫度平衡后再通電開(kāi)機(jī)，防止結(jié)露造成設(shè)備器件損壞。
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