1、过流脱扣和过载脱扣的区别
过载必然也会导致过流。变频器为什么要把过流和过载分开?有两个主要区别:
1、保护对象不同
过流主要用于保护变频器,过载主要用于保护电机。因为变频器的容量有时需要比电机的容量大一档甚至两档,这种情况下,当电机过载时,变频器不一定会过流。
过载保护由变频器内部的电子热保护功能实现。预置电子热保护功能时,应准确预置“取流比例”,即电机额定电流与变频器额定电流之比的百分比:
IM%=IMN*100%I/IM
式中,IM%——当前利用率;
IMN——电机额定电流,A;
IN——变频器的额定电流,A。
2、电流变化率不同
生产机械工作过程中发生过载保护,电流变化率di/dt通常较小;
过载以外的过电流通常是突然的,并且电流di/dt的变化率通常很大。
3、过载保护具有反时限特性
过载保护主要是防止电机过热,因此具有类似于热继电器的“反时限”特性。也就是说,与额定电流相比,如果不超过,允许的动作时间可以更长,但如果大量超过,则允许的动作时间就会缩短,如图1所示。
另外,当频率降低时,电机的散热条件变差。因此,在同样过载50%的情况下,频率越低,允许运行时间越短。
2、过电流跳闸及原因分析
变频器过流跳闸分为短路故障、运行中跳闸、加减速时跳闸等,分述如下:
2.1 短路故障
短路故障是最危险的故障之一,应如图2所示进行观察和分析。
(1)故障特征
a) 运行中可能会出现第一次跳闸,但如果复位后重新启动,往往转速一升高就会跳闸。
b) 浪涌电流较大,但大多数变频器已具备保护跳闸而不损坏的能力。由于保护跳闸速度非常快,因此很难观察电流的大小。
(2)判断与处理
第一步是判断是否存在短路。为了便于判断,复位后启动前应在输入侧接一个电压表,如图2所示。重新启动时,将电位器从零慢慢旋转,同时注意电压表的情况。如果变频器输出频率一上升就立即跳闸,且电压表指针瞬间有回到“0”的迹象,则说明变频器输出端已短路或接地。
第二步,判断逆变器内部是否存在短路,或者外部短路。此时应断开变频器输出端的接线,然后旋转电位器以提高频率。如果仍然跳闸,则说明变频器内部存在短路;如果不再跳闸,说明变频器外部存在短路,应检查从变频器。从控制器到电机以及电机本身的接线。
2.2 轻载过流
负载很轻,但过流跳闸。这是变频调速特有的现象。
(1)变频调速系统的特殊问题
在V/F控制方式中,有一个非常突出的问题:就是运行过程中电机磁路系统的不稳定。根本原因是:
在低频工作时(fX降低),由于电压UX降低,电阻压降I1r1的比例增大,而反电动势E1的比例减小,比值E/f和磁通量也减小。为了驱动较重的负载,通常需要扭矩补偿(即增加U/f比,也称为扭矩提升)。
当负载变化时,电阻压降I1r1与反电动势E1的比例、比值E/f和磁通量也随之变化。其结果是电机磁路的饱和程度也随着负载的变化而变化。
在预设变频器功能时,通常根据重载时所能承载的负载来设定U/f比。显然,在重负载下,电流I1和电阻压降Ur都很大,需要的补偿量也很大。但这样,当负载较轻、I1和电Ur都较小时,必然会造成“过补偿”,导致磁路饱和。
(2)磁路饱和的后果
磁路饱和时磁通和励磁电流波形如图:
图3(a)为电机磁路磁化曲线;图3(b)是磁通量的波形。由于磁路饱和,磁通波形的上部被“压平”,成为平顶波;图3(c)为励磁电流波形,其横坐标为励磁电流i0,对应于磁化曲线图3(a)的横坐标。纵坐标是时间t,对应于通量曲线的横坐标。因此,由图3(a)和图3(b)合成。从图3可以看出,励磁电流i0的波形会严重畸变,成为峰值很高的尖峰波。磁路越饱和,励磁电流畸变越严重,峰值越大。
由于尖峰波的电流变化率di/dt很大,所以电流的有效值不一定很大。结果:过流跳闸经常发生在非常轻的负载下。
这种由于电机磁路饱和而引起的过流跳闸主要发生在低频、轻载情况下。常见示例:
a) 负载运行过程中,阻力矩变化较大。例如,某工厂的车床采用变频调速,购买的变频器不具备矢量控制功能。为了实现低速切削,U/f比被预设为较大的值,但刀具一缩回,机器就会跳闸。
解决方法:反复调整U/f比,使其能低速切削,退刀时不跳闸。
b) 变频器用于风机或水泵,但U/f比设定得较大。例如,某工厂有一台变频器,原来用在传动带上,一直运行得很好。后来又接上了风扇。启动时,频率一升至10Hz左右,就因“过流”而跳闸。这是因为传动带是恒扭矩负载。当变频器用于传动带时,其U/f比必须预设为较大的值。风机具有二次定律负载,低速时负载水平较轻,导致电机磁路严重饱和,励磁电流畸变严重,峰值较大,导致变频器跳闸。
解决方法:将U/f比调到最低后,就不再跳闸了。
2.3 重载过流
(一)、故障现象
有些生产机械在运行过程中负荷突然增大,甚至“卡死”。电机因无法驱动而转速急剧下降,电流急剧增大。过载保护来不及动作,导致过流跳闸。
(2)、解决方案
a) 首先查明机器本身是否有故障,如果有则修理机器。
b) 如果这种过载是生产过程中可能经常出现的现象,首先考虑是否可以增大电机与负载之间的传动比?适当增大传动比,可以减小电机轴上的阻力矩,避免出现不动的情况。但此时电机在最高转速时的运行频率肯定会超过额定频率,其负载能力也会降低。因此,传动比不宜增大太多。同时还需要注意的是,应根据计算结果重新预设变频器的“最大频率”。
如果无法提高传动比,则只能考虑增加电机和变频器的容量。
例如,某厂的注塑机在运行过程中,每当遇到“喷塑”时,经常会因过流而跳闸。据观察,有时注塑机会在电机堵转后跳闸。
解决方法:将电机轴上的皮带轮降下,稍小一些(如果皮带松了,将电机底座适当后移),就不会再出现过流跳闸了。
2.4 加减速时过电流
这是由于加速或减速过大造成的。可采取以下措施。
1.延长加速(减速)时间
首先,了解根据生产工艺要求是否允许延长加速或停机时间。如果允许,加速(减速)时间可以延长。
2、精确预设升(降)速自处理(防失速)功能
变频器具有加减速过流自处理(防失速)功能。当上升(下降)电流超过预设的上限电流Iset时,暂停上升(下降)。当电流降至设定值Iset以下时,速度将继续增加(降低),如图4所示。
但大多数变频器的减速自处理功能只考虑直流电压,不具备减速电流过大的自处理功能。您需要仔细阅读说明。
3、其他措施
如果采用自加工功能,由于加减速时间延长而不能满足生产机械的要求,
a) 考虑适当增大传动比,以减小拖动系统的飞轮扭矩,使电机易于启动和加速;
b) 如果无法提高传动比,则只能考虑增加变频器的容量。
综上所述,过流跳闸判断流程如图5所示。
3、过载跳闸及原因分析
电机能够旋转,但工作电流超过额定值,称为过载。
过载的基本反映是:电流虽然超过额定值,但超出的程度并不大,一般不会形成较大的浪涌电流。
3.1 过载的主要原因
(1)机械过载过载的主要特点是电机发热,可以通过从显示器上读取工作电流来发现。
(2)三相电压不平衡导致某相动作电流过大,导致过载跳闸。其特点是电机发热不均匀,从显示器读取工作电流时可能无法发现这一点(因为显示器只显示一相电流)。
(3)故障:变频器内部电流检测部分出现故障,检测到的电流信号过大,导致跳闸。
3.2 检验方法
(1)检查电机是否发热
如果电机温升不高,首先应检查变频器的电子热保护功能是否设置合理。如果变频器仍有余量,则应放宽电子热保护功能的预设值;如果变频器允许电流没有余量,不能再放松,并且根据生产工艺,出现的过载属于正常过载,则说明变频器选型不当,变频器的容量应增加并应更换逆变器。这是因为当电机驱动可变负载或间歇性负载时,只要温升不超过额定值,就允许短时间(几分钟甚至几十分钟)过载,但不允许使用逆变器。
如果电机温升过高,出现过载属于正常过载,则说明电机过载。这时,首先应考虑是否可以适当增大传动比,以减轻电机轴的负载。如果可以增加,则增加传动比。如果不能提高传动比,则应增大电机的容量。
(2)检查电机侧三相电压是否平衡
如果电机侧三相电压不平衡,应检查变频器输出端三相电压是否平衡。如果不平衡,则问题出在变频器内部,应检查逆变模块及其驱动电路;
如果变频器输出端电压平衡,则问题出在变频器到电机的线路上。检查各端子螺丝是否已拧紧。如果变频器与电机之间有接触器或其他电器,还应检查相关电器的端子是否紧固,接触是否良好。
如果电动机侧三相电压平衡,则应知道跳闸时的运行频率:
如果工作频率较低且不使用矢量控制(或无矢量控制),请先减小U/f比。如果降压后仍能驱动负载,说明原来预设的U/f比太高,励磁电流峰值太大,可以通过减小U/f比来减小电流;如果减少后无法承载负载,则应考虑增加逆变器的容量;如果变频器具有矢量控制功能,则应采用矢量控制。
(3)检查是否有故障
如果经过上述检查仍无法找到原因,则应检查是否存在故障。如图6所示,判断方法是用电流表测量逆变器在轻载或空载情况下的输出电流,与显示屏显示的工作电流值进行比较。如果显示器上显示的电流读数比实际测量的电流大很多,则说明变频器内部的电流测量部分误差较大,“过载”跳闸可能是故障。
综上所述,过载跳闸判断流程如图7所示。