过电流跳闸的原因分析.docx

过电流跳闸的原因分析.docx

《过电流跳闸的原因分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过电流跳闸的原因分析.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

过电流跳闸的原因分析

过电流跳闸的原因分析

（1）重新起动时，一升速就跳闸。

这是过电流十分严重的表现。

　　   主要原因有：

　　                 1）负载侧短路

　　                 2）工作机械卡住

　　                 3）逆变管损坏

　　                 4）电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来

（2）重新起动时并不立即跳闸，而是在运行过程中跳闸

　　    可能的原因有：

　　                1）升速时间设定太短

　　                2）降速时间设定太短

　　                3）转矩补偿设定较大，引起低速时空载电流过大

　　                4）电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起误动作

电压跳闸的原因分析

（1）过电压跳闸，主要原因有：

　　                     1）电源电压过高

　　                     2）降速时间设定太短

　　                     3）降速过程中，再生制动的放电单元工作不理想

　　                         a.来不及放电，应增加外接制动电阻和制动单元

　　                         b.放电支路发生故障,实际并不放电

（2） 欠电压跳闸,可能的原因有:

　　                     1） 电源电压过低

　　                     2） 电源断相

　　                     3） 整流桥故障

电动机不转的原因分析

（1）功能预置不当

　　              1）上限频率与最高频率或基本频率和最高频率设定矛盾

　　              2）使用外接给定时,未对"键盘给定/外接给定"的选择进行预置

　　              3）其他的不合理预置

（2）在使用外接给定时,无"起动"信号

　　 （3）其它原因：

　　            1）机械有卡住现象

　　            2）电动机的起动转矩不够

　　            3）变变频器基础

*1:

VVVF改变电压、改变频率（VariableVoltageandVariableFrequency）的缩写。

*2:

CVCF恒电压、恒频率（ConstantVoltageandConstantFrequency）的缩写各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC）。

把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。

由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：

变频器，变频器也可用于家电产品。

使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。

用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。

但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。

汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。

变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。

例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。

2.电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

*1:

r/min电机旋转速度单位：

每分钟旋转次数，也可表示为rpm.例如：

4极电机60Hz1,800[r/min]，4极电机50Hz1,500[r/min]，电机的旋转速度同频率成比例。

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。

由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。

由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n=60f/p，n:

同步速度，f:

电源频率p:

电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法如果仅改变频率，电机将被烧坏。

特别是当频率降低时，该问题就非常突出。

为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

例如：

为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

如果要正确的使用变频器,必须认真地考虑散热的问题.变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。

使用寿命随温度升高而成指数的下降。

环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。

因此，我们要重视散热问题啊！

在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的,变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响。

通常，变频器安装在控制柜中。

我们要了解一台变频器的发热量大概是多少.可以用以下公式估算:

发热量的近似值＝变频器容量（KW）×55[W]在这里,如果变频器容量是以恒转矩负载为准的（过流能力150%*60s）如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器,并且也在柜子里面,这时发热量会更大一些。

电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。

这时可以用估算:

变频器容量（KW）×60[W]因为各变频器厂家的硬件都差不多,所以上式可以针对各品牌的产品.注意：

如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大，因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜子上面或旁边等。

那么,怎样采能降低控制柜内的发热量呢?

当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。

根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。

因此，要使控制机柜的尺寸尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。

如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有70％的发热量释放到控制机柜的外面。

由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量变频器更加有效。

还可以用隔离板把本体和散热器隔开,使散热器的散热不影响到变频器本体。

这样效果也很好。

变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的!

关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。

同时，也建议在控制柜上出风口安装冷却风扇。

进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。

注意控制柜和变频器上的风扇都是要的，不能谁替代谁。

其他关于散热的问题

1.在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改善冷却效果。

理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。

但由于实际上因为设计上变频器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。

比方说在1500m的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。

2.开关频率：

变频器的发热主要来自于IGBT，IGBT的发热有集中在开和关的瞬间。

因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。

有的厂家宣称降低开关频率可以扩容，就是这个道理。

矢量控制是怎样使电机具有大的转矩的？

*1:

转矩提升:

此功能增加变频器的输出电压，以使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。

改善电机低速输出转矩不足的技术,使用"矢量控制"，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150％）。

对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。

为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。

变频器的这个功能叫做"转矩提升"（*1）。

转矩提升功能是提高变频器的输出电压。

然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。

因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。

"矢量控制"把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。

"矢量控制"可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。

此功能对改善电机低速时温升也有效。

变频器制动的情况:

*1:

制动的概念:

指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速.负载的能量分为动能和势能.动能（由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。

当动能减为零时，该事物就处在停止状态。

机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。

对于变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。

这时会产生制动过程.由制动产生的功率将返回到变频器侧。

这些功率可以用电阻发热消耗。

在用于提升类负载,在下降时,能量（势能）也要返回到变频器（或电源）侧,进行制动.这种操作方法被称作"再生制动"，而该方法可应用于变频器制动。

在减速期间，产生的功率如果不通过热消耗的方法消耗掉，而是把能量返回送到变频器电源侧的方法叫做"功率返回再生方法"。

在实际中，这种应用需要"能量回馈单元"选件。

怎样提高制动能力？

为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。

为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。

请选用"制动电阻"、"制动单元"或"功率再生变换器"等选件来改善变频器的制动容量

3.当电机的旋转速度改变时，其输出转矩会怎样？

*1:

工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*2:

起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动我们经常听到下面的说法：

"电机在工频电源供电时（*1）时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些"。

如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流（*2））。

而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。

所以变频器驱动的电机起动电流要小些。

通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减些减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低通常的电机是按50Hz（60Hz）电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。

因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速.（T=Te,P<=Pe）变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于60Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。

因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速.（P=Ue*Ie）频器的电路故障

软启动器和变频器的时分多机复用技术及其应用

广州生力啤酒有限公司 胡春娥，黎少楠

摘 要：

本文提出了时分多机复用的概念，并对其技术和应用加以具体说明，展现了该技术良好的应用前景。

关键词：

时分多机复用、顺序启停、溶氧控制、恒压变频调节

一、引言

   软启动器和变频器是随着半导体技术和电力电子技术的发展而出现的现代智能电气装置，广泛地应用在交流电力拖动设备中。

它们的出现，使鼠笼式异步电动机的启动性能得到了极大的改善，也使电动机的调速不必再依赖昂贵的直流电机和交流串激调节方式。

其优良性能和高度可靠性，受到了人们的普遍青睐。

   但同时它们不菲的价格，也给它的推广应用带来了一些障碍。

一般情况下非到万不得已，人们不会舍弃简易而廉价的Y—△启动或自耦降压启动等方法而采用软启动器和变频器。

   在某些极端的情况下，有些工程技术人员一味的追求技术先进，不考虑经济效益，使得软启动器和变频器的应用徒具其表，失去效用和意义。

比如：

不必频繁启动的设备，各自配备一台软启动器，启动后长期工作在额定转速之下；又如：

并列工作的数台机器，各自用一台变频器同时调节，其调节精度难以达到控制要求。

研究它们的运作不难发现，软启动器和变频器的实际工作时间，只占设备工作时间的极少一部分，而99%以上的时间都在闲置。

这意味着其能力只发挥了微不足道的一小部分，而这种能力上的浪费，直接后果就是投资上的浪费。

   笔者意识到其中的巨大潜力，又受到网络通讯有关技术的启发，遂提出时分多机复用的技术概念，并根据自己多年的工作经验，设计了应用范例和电路。

二、时分多机复用的概念及其产生

   时分多机复用就是一台主机分时段为多台设备轮流服务。

   与常见的空调机一台室外机（压缩制冷机和冷凝器）带两台室内机（风机和蒸发器）的一拖二，以及工业上一台变频器同时拖带多台电动机的应用不同，时分多机复用是将主机剩余（时间上的剩余而非空间上的剩余！

）的能力，在不同的时间分配给不同的设备使用。

   时分多机复用的灵感来自通讯上的多路复用技术——即一个信道同时传输多路信号。

采用多路复用技术在进行远距离传输时，可以大大节省线路的安装和维护费用。

   最常用的多路复用技术有两种：

频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM）。

   频分多路复用适用于模拟信号的传输，电话和闭路电视都用该技术传输。

如果一双绞线的带宽可以达到100KHZ，而电话信号需占带宽约3100HZ，则其可同时传输100÷3.1≈32路电话。

而一同轴电缆的可用带宽达到470MHZ，一个电视频道所占的带宽为6MHZ，从50MHZ起开始传输的话，则同轴电缆可同时传输70个频道的电视节目。

   时分多路复用适用于数字信号的传输。

由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率，因此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。

每一时间片由复用的一个信号单独占用，在规定的时间内，多个数字信号都可按要求传输到达，从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。

假设每个输入的数据比特率是9.6kbit/s，线路的最大比特率为76.8kbit/s，则可传输8路信号。

   同样，若简单地以软启动类比，一般设备的启动时间为5～10秒，则一台专供启动用的软启动器，不计切换时间，在8小时内可以为2880台电动机启动服务。

   应用上的克隆或称为嫁接，将多路改为多机，时分多机复用的技术概念就如此产生了。

三、时分多机复用技术应用时的注意事项

   时分多机复用是由多种设备组成的一个系统，必须由各子系统或各组成部分协调工作，系统才能正常运行。

根据笔者的经验，时分多机复用技术在具体应用时，应该注意以下几个事项：

   1、软启动器或变频器的容量选择

   与同一时间空间上的一拖多应用原理不同，软启动器或变频器的容量选择不是取所有拖动电机容量之和。

如果不讨论其他因素，其容量略大于最大一台电动机即可。

但不得不考虑的是：

   电网电压的波动——电网电压与电动机的工作电流成反比；

   软启动器或变频器分时投用时的频繁启动——虽有限制启动电流的功能，但仍要比正常工作电流大许多；

   半导体电力电子元件的电压/电流上升率的限制——因反复工作，软启动器或变频器的温升会使du/dt和di/dt的容限下降，过大的du/dt和di/dt易造成可控硅和大功率晶体管损坏。

所以实际应用时应选单体最大负载的1.5～2倍容量的软启动器或变频器。

   2、软启动器或变频器防止输出端加载反向电压

   实际经验告诉我们，在软启动器或变频器的电源侧未加电压的情况下，负载侧绝不允许加电压，即所谓的加反向电压，因为这极易造成可控硅、晶体管和IGBT的损坏，笔者已有这方面的教训。

在电路控制中，如果不是先切断电动机侧的接触器，也不是通过控制电路正常停机，而是直接切断软启动器或变频器电源侧的开关或接触器，则运转中的电动机的反电势就会加到它的负载侧，造成软启动器或变频器的损坏。

所以在设计电路时（不论是继电器还是PLC控制电路），务必要加以防止。

   3、时分多机复用保护电路的设计

   多机复用的保护，需要兼顾软启动器与变频器和电动机两个方面。

尽管软启动器或变频器每次只拖动一台电机，似乎通过的是同样的电流，但其实两者的结构性能不同，保护的原理和要求也不同。

   电动机保护开关既有瞬动防短路的电磁保护功能，又有防过流的电热保护功能，保护的动作时间是毫秒级的，这对抗过载能力较强的电动机来说是足够了。

而电力电子元件就要娇气得多，瞬间的电击穿尚可自愈，稍长时间的热击穿就彻底报废了，所以要求的保护动作要快得多。

这就是为什么我们看到，凡是应用软启动器与变频器的电路，除了过载保护开关之外，还另外单独设有比软启动器与变频器额定电流大3～4倍的专用速断保险器的缘故。

   比如：

3KW的电动机，其保护开关可选6A左右，而软启动器与变频器的速断保险，至少要选20A以上。

   4、时分控制防止误动作

   时分多机复用的分时段控制十分关键，否则就会产生预期不到的严重后果。

一定要把问题考虑周到，对可能发生的不利情况多做假设，反复求证。

务必要做到：

   禁止在软启动器与变频器负荷侧接触器断开之前，切断软启动器与变频器电源侧的开关；

   软启动器与变频器的启动和停止，一般情况下都应该用控制软启动器与变频器的专用启停信号来操作；

   禁止两台电动机同时启动或同时调频运转；

   工作顺序应该确保：

开机时，先闭合负载接触器，再启动软启动器或变频器；

   停机时，先旁路和停止软启动器或变频器，再断开负载接触器。

四、时分多机复用技术应用A——多台电动机的顺序软启动软停止

   用一台软启动器启停多台电动机。

启动时：

软启动器只是在每台机的启动过程中投用，启动结束立即退出，由旁路接触器接替运行，软启动器转为下一台电动机软启动。

停机时：

软启动器先重新投入代替旁路接触器，完成软停止后再退出，并顺序为下一台电动机软停机。

顺序启动和停机不要求次序可选，启动停止的顺序是事先已确定不变的。

   这种应用，对于集中安装需要同时运行的多台重型设备（比如大型自来水厂的供水泵群），优点十分突出。

   下图是电动机软启软停的主回路电路图（该主回路原理图，根据应用的需要配以适当的过程调节器和程序控制器，即可适用于多种时分多机复用的方案中。

）：

图1主回路原理图

   电动机软启软停的电气控制原理图如下：

图2电动机软启软停的电气控制原理图

五、时分多机复用技术应用B——污水处理表曝机的溶氧控制

   曝气是污水处理活性污泥法的关键工艺。

进入系统的污水量、污水中有机物的含量、微生物的活性等，都会对污水的含氧量产生影响，同时微生物降解有机废水的生化活动也受水中溶解氧的控制。

因此，监控和调节污水溶解氧是整个污水处理的重中之重。

   在表面曝气法的溶氧控制过程中，装置在曝气池不同部位的表曝机要根据溶氧的需要频繁开停。

多台大功率表曝机的轮番启动，为软启动器的应用又提供了一个范例。

   污水曝气机溶氧控制应用设计，要注意：

   曝气机的开停，受溶氧仪测量污水中溶解氧的结果来决定。

当水中的溶解氧高于设定的控

   制点时，延时停开一台曝气机；低于控制点时，延时加开一台曝气机。

   根据工艺要求和操作人员的设定，每台表曝机都可以选择唯一的工作顺序次序，但不允许

   两台以上选择同一轮次，亦即不能两台表曝机同时启动。

因此，有N台曝气机就有N轮次可供选择。

   轮次控制是从1～N增加，反向减少，并按“先入后出，后入先出”的原则控制。

即最先投入运行的曝气机最后才能退出运行，而最后投入运行的曝气机最先退出运行。

图3、图4是用PLC作为控制器的控制程序梯形图（PLC电气原理接线图略）：

图3控制程序梯形图1

图4控制程序梯形图2

六、时分多机复用技术应用C——压缩气站空压机的恒压功率调节

   一个大中型压缩气站往往有几台到十几台大功率的空气压缩机。

早期的国产活塞式压缩机大多没有功率调节功能，不能根据供气的需要调节输出气量。

所以常见在储气罐或空气管路上装有安全阀，一旦气压过高，安全阀动作，大量的气体排出。

这种设计虽保证了安全，却造成了严重的浪费。

近年来生产的压缩机增加了汽缸进气阀门的控制，因而具有了无功、半功、全功的调节功能，初步实现了可根据输出气压变化的间接、断续、有级的控制。

   自从变频技术得到广泛应用以来，人们尝试用变频器驱动空压机实现连续调功。

由于离心式压缩机的电机转速与输出气压和气量不成正比，而活塞式压缩机的压缩比是恒定的，转速的变化不会影响输出气压，只会改变输出气量，所以用变频器带动活塞式压缩机是恰当的选择。

   但是如果为每一台（假设有10台压缩机）都配备变频器，总造价高达几十万元！

而且，实际使用效果和控制性能并不好：

设每台机组容量为10立方米/小时，生产的压缩空气需求总量在80～90立方米/小时之间。

若10台压缩机和变频器都投入运行，则每台的负荷率仅有80～90%。

再若各机的控制压力取样点相同，调节参数的设置也相同，本需要1个单位的调节量，由于10台机组同时跟踪调节转速，就变成了10个单位的输出量。

系统的调节精度下降，超调量增加，动态调节性能变差，严重者会造成系统出现不稳定的振荡状态。

   换一思路，采用本文讨论研究的方法，将10台空压机中的8台投入全速运行，仅用第9台参与调节，情况即可大为改观：

系统稳定，调节精度提高，8台全负荷运行的压缩机处于最高效率工作区段，节能明显。

而且只需一台变频器，系统投资在原计划的1/5～1/10之间，费效比极佳。

这充分显示了时分多机复用技术在压缩气站空压机恒压功率调节中的巨大优势。

   与前两例相比，控制系统的主回路部分不必做太大的改动，只需要引入压力传感器、数显智能PID调节器和PLC。

   压力传感器将压力变成4～20mA标准信号送入调节器，与给定值比较后，偏差再经PID运算，变成电流信号送到变频器作为调速给定，变频器以此调节输出电源的工作频率。

智能调节器的两个最高/最低压力报警控制的开关量信号，以及变频器的两个最高/最低达速状态开关量信号，一并输入PLC，作为增开/减停空压机的控制条件。

   在本设计中：

   各机组开机的顺序是固定不变的，正常情况下（除非故障退出运行）不能够选择。

   控制原则是“先入先出，后入后出”，即最先投入机台最先后退出运行，最后投入的机台最迟才退出运行。

只有一台机而且是最后投入的机台，运行在变频调速的状态中。

   当Pmax和Smin同时出现时，说明要减负荷，需停开一台机；当Pmin和Smax同时出现时说明要加负荷。

   合理设置PID参数，使调节适应压缩空气系统非线性和滞后性的特点。

   增开机时，变频器的启动时间应设置得较长；停开机时，应使在调机台的升速能够补偿关