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电工小创新(二十八)

第三篇 变频调速篇

发布日期:2016-09-20 浏览次数:10908
2.可编程控制端
也叫多功能控制端,每个端子的具体功能可由用户根据需要自由预置,如图中的X1、X2、...X7 所示。

7.2.4.2 可编程控制端的常用功能

1.自锁功能
为了简化控制电路,可以在可编程控制端子中,任选一个端子,预置为自锁功能(也叫三线控制),如图7-26中之X1 所示。使电动机起动后可以“自锁”。常见的自锁控制电路有两种接法,分述如下:


(1)正、反向分别控制
如图7-26(a)所示,起动时,只需按下SF(正转)或SR(反转),电动机就按照预置的加速时间起动,因为变频器已经进行了自锁,即使松开按钮,电动机仍保持运行状态。按下ST,自锁电路被切断,电动机按预置的减速时间减速并停机。

(2)正、反向切换控制
如图7-26(b)所示,正、反转起动共用一个起动按钮SF,当预置了自锁控制功能后,原来的反转输入端REV,变成为电动机旋转方向的切换端子了,当转换开关SA 断开时为正转,接通时为反转。如按下ST,自锁电路被切断,电动机按预置的减速时间减速并停机。

2.多挡转速控制
变频器的可编程控制端子中,通过功能预置,可以将若干个(通常为2 ~ 4 个)输入端作为多挡转速控制端。其转速的切换由外接开关器件的状态组合来实现,转速的挡次按二进制的规律组合,如图7-27 所示。在实施多挡转速控制时,变频器需要预置两部分功能:

(1)选择控制端子
在预置多挡转速控制端子时,需明确规定低速端、中速端和高速端,如图7-27(a)所示。各挡的状态和转速挡次的关系如图7-27(b)所示。


(2)预置各挡转速对应的频率。

7.2.4.3 外接输出端子的安排
1.模拟量输出
其输出信号是和运行参数成比例的模拟量,如图7-28中的AO1 和AO2 所示。主要用于测量仪表,也可以用作控制信号。

2.开关量输出
变频器的开关量输出信号电路主要有两种类型:
(1)晶体管输出型  
输出信号为集电极开路输出,如图7-28 中的Y1 和Y2所示。由于受到晶体管耐压的限制,只能用于直流低压电路中;

(2)继电器输出型  
输出信号由继电器触点构成。由于继电器触点的耐压较高,故大多可用在交流220V 电路中,如图7-28 中的TA、TB、TC 所示。

使用时,在多数情况下,可以用一个中间继电器KA来取出信号。在晶体管输出时,也可以通过光耦合管取出信号。

3.多功能输出的功能举例
开关量输出的功能都是可以通过功能预置进行选择的,主要功能有:
(1)变频器准备就绪  
当变频器的各项准备工作都已经准备就绪,电动机可以起动时,端子“ON”。

(2)变频器运行中
当变频器正在运行时,端子“ON”。

(3)零转速运行中
变频器的输出频率为0Hz,但输出电压不为0 时,端子“ON”。

(4)过载预置报警
变频器已经处于过载状态,但尚未跳闸时,端子“ON”。

(5)外部故障停机  
变频器因外部故障而停机时,端子“ON”。

7.3 变频器跳闸原因总汇

7.3.1 过载跳闸(OL)
7.3.1.1 过载跳闸的保护特点

1.OL 跳闸的保护对象
OL 是电动机过载的代码,其保护对象是电动机。在大多数情况下,检测点是在变频器的输出电路里。

2.电动机过载保护的特点 
(1)电流大小
顾名思义,电动机过载的标志,是变频器的输出电流超过了电动机的额定电流。但还没有超过变频器的额定电流,就是说,是在变频器的允许范围内。

(2)保护时间
按反时限规律。就是说,过载越多,保护的时间越短。有的变频器规定:当IM=125%IMN 时,4min 后跳闸;而当IM=165%IMN 时, 1min 后就跳闸。 

7.3.1.2 过载跳闸的可能原因
1.负载过重
电动机所带的负载太重,或者说,生产机械的阻转矩超过了电动机的额定转矩。

这是真正意义上的过载,也是最常见的过载现象, 因此,当变频器的跳闸代码显示为‘OL’时,首先应该检查的就是负载的轻重。

2.使用不当的过载
例如,把工作频率提高到超过了电动机的额定频率,而电动机在额定频率以上运行时,将进入恒功率工作区,其有效转矩随频率的上升而减小,当有效转矩小于负载转矩时,电动机即过载。

3.功能预置不当的过载
例如,某生产机械处于轻载状态,工作频率很低,而转矩提升量(U/f 比)预置过大,导致低频运行时因磁路饱和而“过载”。

4.电动机侧电压过低
(1)线路压降太大
因为在低频运行时,变频器的输出电压本就较低,如果电动机和变频器之间的距离较大,而连接线的线径又较细的话,线路压降将可能引起电动机侧的电压不足。

(2)转矩提升不足
在U/f 控制方式下,变频器在低频运行时的输出电压取决于转矩提升量。当转矩提升量较小时,将导致电动机所得电压不足。

7.3.1.3 过载跳闸的相关代码
1.代码DEV
含义是转差太大。异步电动机在运行时,转差的大小直接反映了负载的轻重。所以,当变频器发现转差太大时,将跳闸。

2.代码VAE
含义是变频器的容量选择不当。许多用户都按照变频器说明书中的‘配用电动机容量’来选择变频器的。其实,这只是对于连续不变负载才是正确的。而大多数负载都是变动负载或断续负载,电动机是允许短时间过载的。对于这类负载,在选择变频器时,应适当加大变频器的容量。

3.代码LF
含义是变频器的三相输出电流不平衡一方面,电动机的三相电流不平衡时,说明变频器的输出电路里必存在问题,应该进行保护。所以,有的变频器设置了三相电流不平衡的保护。

4.代码JC
含义是电流采样故障。例如,某变频器,实测输出电流为45A,而显示屏上显示的却是88.6A,说明变频器内部的电流采样电路发生了故障。

5.代码SP
含义是变频器的输出缺相。当变频器的输出缺相时,电动机处于单相运行状态,电流必大,变频器将立即进行保护。

6.代码GF
含义是变频器输出侧接地。变频器具有检测输出端子对地电流的功能,如果测出的对地电流超过变频器额定电流的50% 时,就认为变频器的输出侧已经接地。这有两种情况:或者是电动机内部绝缘破损;或者是输电线路的绝缘破损。

7.3.2 过电流跳闸(OC )
7.3.2.1 过电流跳闸的保护特点

1. 过电流的保护对象
在变频调速系统里,存在着两个设备:变频器和电动机。两者对过电流的耐受程度是不一样的。生产机械的设计人员在决定电动机容量时,根据的是发热原则。就是说,只要电动机的温升不超过允许值,短时间的过载是允许的,而变频器则不允许。所以在进行保护时,需要分开考虑。

为此,变频器另行设置了过电流保护功能,其保护对象是变频器,确切地说,是保护变频器内的逆变器件。通常,当输出电流超过了变频器额定电流的200% 时,变频器就进行过电流保护。

2.过电流的检测
因为保护对象是逆变器件,所以,过电流的时间不允许拖延,必须迅速地进行保护。通常,过电流信号是通过逆变器件的管压降而得到的。以IGBT 为例,正常运行时,管压降一般在3V 以下。如管压降超过7V,就认为是过电流了。因为过电流很容易损坏逆变器件,所以,在大多数情况下,过电流是由驱动电路直接进行保护的。

7.3.2.2 运行过程中的过电流
部分变频器在过电流跳闸后都只笼统地显示“OC”代码。也有的变频器把“OC”作为“运行中过电流”的代码,针对其他不同的原因有不同的代码,举例如下:

1.代码OCN
含义是运行中过电流。举两个实例:
(1)负载卡住
生产机械在运行过程中,某个部位被突然卡住,电动机堵转。电动机的堵转电流可达额定电流的4~7 倍,大大超过了变频器的允许值,变频器将立即进行过电流保护。

(2)有冲击负载
有的生产机械是通过电磁离合器来带动生产机械的。

电动机起动后首先是空载运行,并不带动负载,只有当电磁离合器吸合后,生产机械才开始运行,当电磁离合器吸合的瞬间,将产生冲击电流,有可能使变频器因过电流而跳闸。

2.代码GF
含义是变频器的输出侧短路,可能的原因有:
(1)输出线短路
变频器到电动机之间的电缆的相间绝缘或对地绝缘破损,尤其是当变频器的输出电缆处于可移动状态时,这种情况比较常见。

(2)电动机短路
电动机如因过载而‘烧坏’时,相间绝缘将炭化,造成相间短路。

3.代码SC
含义是同一桥臂的上、下两个IGBT 直通。例如,环境温度太高,IGBT 的关断时间将延长,导致上、下两管的‘直通’。

7.3.2.3 加、减速过程中的过电流
1.代码OCA
含义是加速过程中过电流,这是加速时间预置过短引起的。

2.代码OCD
含义是减速过程中的过电流,是减速时间预置过短的结果。

3.代码OPE
含义是PID 功能预置不当引起的过电流。

4.代码OCB
含义是直流制动过程中的过电流。

5.代码OCS
含义是电流采样故障导致的过电流。

7.3.2.4 器件故障引起的过电流

1.电流为0 的‘过电流’
(1)IGBT 开路
如果IGBT 已经因损坏而开路,已经没有电流了,但集电极始终处于高电位状态,驱动模块就检测到“过电流”信号。

(2)驱动模块无输出
如果驱动模块发生了故障,没有了输出信号,IGBT就始终处于截止状态,也没有电流了,集电极处于高电位状态, CPU 也将得到“过电流”信号。

2.检测点断线
有时,过电流的检测线或因插件接触不良,或传输线本身因受机械损伤而断线,则不论IGBT 是否有电流通过,CPU 也可能因此而得到“过电流”。

7.3.3 过电压(OV)的跳闸原因
国产变频器的进线电压一律是380V,直流电压上限值通常定为700V 或720V;进口变频器因为进线电压的上限值较高,所以,直流电压的上限值常定为800V。

7.3.3.1 电源侧的过电压原因
1.电源电压过高
例如,企业变电所的容量偏低,白天负载较重,把变压器的二次电压调到高挡。一到晚上,电压就偏高了。

2.电源侧有冲击电压
一是在打雷时,常常使变频器过电压跳闸;

二是车间变电室为了提高功率因数,需要配置电力电容器,当电容器合上时,变频器也会因过电压而跳闸。

7.3.3.2 运行中的过电压
1.拖动系统释放位能
主要发生在起重机械放下重物时,电动机处于发电状
态,如果制动电阻值太大,制动电流和制动力太小,重物
下降速度太快,将可能导致过电压跳闸。
2.突然失载
例如生产机械在运行过程中,皮带突然断裂,动态转矩突然加大,将产生很大的加速度,使电动机处于再生状态,导致过电压跳闸。

7.3.3.3 减速过程中的过电压
1.减速时间太短
频率下降时,电动机将处于发电状态。减速时间预置太短,电动机的同步转速下降太快,发电量较大,容易导致过电压跳闸。

2.制动电路的原因
制动电路包括制动电阻和制动单元,当直流电压偏高时,用于放电。

(1)制动电阻值太大
有的设备惯性很大,处于再生制动状态时,发电量较大,如制动电阻大,则放电电流小,将因来不及放电而过电压。有时,制动电阻的连接线在接线处接触不良,也会导致同样后果。

(2)制动电阻损坏
因为制动电阻是个发热体,所以较易损坏。而一旦损坏,将不能放电,减速时极易因过电压而跳闸。

(3)制动单元损坏
制动单元损坏后,也同样不能放电,容易因过电压而跳闸。

7.3.3.4 采样故障引起的过电压
如果实际测量所得的电压值是正常的,而显示屏显示的数据很大,则说明电压采样电路发生了故障。

7.3.4 欠电压(LV)的跳闸原因
7.3.4.1 电源侧的欠电压原因
1.电源电压不足
主要是电源变压器的容量不够大,负载一重,就容易发生因欠电压而跳闸。按照国家标准,进线电压的下限值是380×0.9=342V,变频器是在直流电路里进行电压采样的。则342V 时的直流平均电压是342×1.35=462V。但实际变频器里的下限直
流电压常定为380V。这是因为欠电压时,不会损坏主电路的器件。所以,只要电动机的电流在允许范围内,拖动系统又能正常运行,就可以不跳闸。

2.进线的输入端子松动
当电源进线的接线端子松动时,接线端子处的接触电阻增大,电压降也增大,实际输入到变频器的电压就降低了,也可能引起欠电压。

3.电源侧缺相
电源侧缺相后,变频器进线处的三相全波整流变成了单相全波整流了,整流后的平均电压只有进线电压的0.9倍,即使电源电压为上限值,整流后的平均电压也只有:UD=0.9US=380x0.9=378V所以,也会导致欠电压跳闸。

7.3.4.2 整流滤波电路引起的欠电压
1.整流管损坏
三相全波整流桥中,如果有一个整流管损坏,整流后的平均电压将下降,导致欠电压跳闸。

2.限流电路故障
限流电路包括限流电阻和短路接触器(或晶闸管)。如限流电阻损坏,则滤波电容器不能充电,导致欠电压;

此外,如短路接触器损坏,则限流电阻也必损坏,最终也导致欠电压。

3.滤波电容器老化
滤波电容器老化的结果,是电容量减小。如电容量低于标称容量的85%,直流电压将低于正常值。

4.熔断器已断
许多变频器的直流电路里装有熔断器,如果熔断器已经熔断或接触不良,也必然导致欠电压跳闸。

7.3.5 过热(OH)的跳闸原因
7.3.5.1 发热方面的原因
1.环境温度太高
环境温度过高时,即使变频器的输出电流并未过载,逆变模块的温度也可能因超过允许值而跳闸。

2.运行中的过热
(1)变频器轻微过载
变频器轻微过载时,不会引起过电流跳闸,但时间长了,如散热又不很通畅的话,也可能导致过热跳闸。有的变频器对整流模块的过热和逆变模块的过热是分开处理的。

(2)载波频率高  
载波频率高,IGBT 的开关次数多,开关损耗大,模块的温度容易升高,即使电流未超过额定电流,也可能引起逆变模块的过热。

(3)IGBT 的驱动不足
如果IGBT 的驱动电压不足,容易使IGBT 因进入放大状态而过热。

7.3.5.2 散热方面的原因
1.风扇方面
主要原因有:
(1)滤网堵塞
变频器的风扇上面装有滤网,目的是防止异物进入。

在灰尘较大的车间里,变频器风扇上的滤网常常被灰尘堵塞,需要经常清理。

(2)风扇损坏
小容量变频器所配置的风扇,使用寿命较短,容易损坏。当听到风扇在运行中的响声较大时,就应该更换。

(3)风扇电路故障
风扇的控制电路发生故障,也是常有的事。所以,当发现风扇不转时,须判别是风扇本身的问题呢,还是控制电路的问题。

2. 散热板方面
整流模块和逆变模块都是装在散热板上面的,散热板的背面有许多散热槽。散热槽也很容易被灰尘堵塞,导致模块过热。

3. 控制柜通风不畅
多数变频器是装在控制柜里的,控制柜也存在着通风是否良好的问题。

7.3.6 控制电路的故障跳闸
7.3.6.1 外部输入电路的故障
1.模拟量输入电路
(1)代码LOV
含义是电压信号输入电路发生了故障。在大多数情况下,外部的电压信号都是通过电位器输入的,在调速比较频繁的机器上,电位器的滑动触点很容易接触不良。

(2)代码LOI
含义是电流信号输入电路发生了故障。
电流信号常常是从沙龙365传输过来的,距离比较远,线又比较细,容易因断线而发生故障,也有时是沙龙365本身的问题。

2.代码EXT
含义是开关量输入电路发生故障。如果其他的输入信号都能起作用,只有一个不起作用,问题一定在不起作用那一路的输入电路中;如果所有的输入信号都不起作用的话,就需要检查变频器上的24V 端子和10V 端子是否正常。

7.3.6.2 其他常见故障
1.代码 DE
采用有反馈矢量控制方式时,因为编码器是安装在电动机的输出轴上的,而输出线要接到变频器上,中间距离往往较长,且线径又小,所以容易断线,或连接线接触不良,编码器发生故障后,电动机的运行很不稳定,甚至反转。

2.显示屏损坏
这是不需要代码的,反正显示屏不显示了。特点是电动机能够运行,但显示屏却是黑屏,不得不更换。

3.代码CCF
含义是键盘出错。有关资料说明,在开机5s 内,如CPU 仍得不到键盘的信息,就认为键盘电路发生了故障。

3.接插件接触不良
变频器的控制板上,有许多接插件,这些接插件时有松动,必须经常检查。
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