通用变频器的过载故障及排除

通用变频器的过载故障及排除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。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？（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。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。（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。（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。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）。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）。（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。