（已结帖）工控求职面试题擂台第二十二期—变频器过流、过载和过热现象 点击：1609 | 回复：33
擂台一：变频器过流的原因有哪些？ 相关改进和保护措施有哪些？请详细回答，附有相关图形解释并回答最完整的更佳！
擂台二：请归纳一下变频器过流、过载和过热的保护对象是什么？归纳的最详细最完整的或大奖！
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过流故障处理对策
通常有以下集中处理对策
（1）负载侧检查负载侧的原因是引起变频器过流的最主要因素，因此一旦发生过流故障，首先要检查：
● 工作机械有没有卡住，以避免电机负载突变，引起的冲击过大造成过流；
● 负载侧有没有短路，以避免电机和电机电缆相间或每相对地的绝缘破坏、造成匝间或相间对地短路，此项内容可以用兆欧表检查对地或者相间有没有短路；
● 电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来；
● 过流故障还与电机的漏抗、电机电缆的耦合电抗有关，所以选择电机电缆一定按照要求去选；
● 在变频器输出侧有无功率因数矫正电容或浪涌吸收装置，如果有，就必须撤除；
● 当负载电机装有测速编码器时，速度反馈信号丢失或非正常时，也会引起过流，因此也必须正确检查编码器和其电缆。
（2）变频器检查变频器硬件问题主要包括模块损坏、驱动电路损坏、电流检测电路损坏等。
具体检查内容如下：
● 电流互感器损坏，其现象表现为，变频器主回路送电，当变频器未起动时，有电流显示且电流在变化，这样可判断互感器已损坏。
● 主电路接口板电流、电压检测通道被损坏，也会出现过流。
● 由于连接插件不紧、不牢。例如电流或电压反馈信号线接触不良，会出现过流故障时有时无的现象。
● 电路板损坏，其原因可能是：一是由于环境太差，导电性固体颗粒附着在电路板上，造成静电损坏。或者有腐蚀性气体，使电路被腐蚀。二是电路板的零电位与机壳连在一起，由于柜体与地角焊接时，强大的电弧，会影响电路板的性能。三是由于接地不良，电路板的零伏受干扰，也会造成电路板损坏。当检查以上4项有问题，必须更换为同型号配件或者修复该配件。
（3）变频器参数检查变频器参数设定问题是在负载、变频器确认都正常的情况下必须怀疑的因素，这里面包括加速时间太短、pid调节器的比例p和积分时间i参数不合理、超调过大等等，所有这些参数的不合理设置都将造成变频器输出电流振荡或直接过流。
针对变频器问题，主要检查：
● 升速时间设定太短，加长加速时间；
● 减速时间设定太短，加长减速时间；
● 转矩补偿（u/f比）设定太大，引起低频时空载电流过大；
● 电子热继电器整定不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。另外，当负载不稳定时，建议使用矢量控制模式或dtc模式，因为此两种模式控制速度非常快，每隔25μs产生一组精确的转矩和磁通的实际值，再经过电机转矩比较器和磁通比较器的输出，优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关位置，这样有利于抑制过流。同时使用速度环的自适应(autotune)功能来自动调整pid参数，从而使变频器输出电机电流平稳。
（4）输入输出线路检查 根据很多现象表明，过流保护的其中一个原因就是缺相。当变频器输入缺相时，势必引起母线电压降低，负载电流加大，引起保护。而当变频器输出端缺相时，势必使电动机的另外两相电流加大而引起过流保护。所以对输入及输出都应进行检查，排除故障。
举一个例子：
某炼钢案例分析:罐车变频器过流厂现场环境恶劣，在炼钢厂平车（钢包车、渣罐车、铁水车）系统一直采用传统的接触器控制方案，故障率高，维护量大。随着交流调速控制技术的迅速发展，变频调速控制系统成为交流传动的主流调速控制方案，所以该炼钢厂kr罐车应用了西门子变频器构成的控制系统。kr罐车系统由1台45kw的变频专用电机驱动，采用西门子6se7031-2ef60（55kw）全数字矢量控制变频器控制，变频器带输入、输出电抗器以消除谐波、抑制尖峰电压，变频器采用v/f速度开环控制模式，调速范围为1∶25。系统采用速度挡位开关量输入plc，经软件处理后，再由plc输出模块输出开关量信号给变频装置，通过变频装置内部的参数设定，输出相应的速度信号。速度分为两档40%和80%额定速度；起动、停止和各档速度过渡平稳无冲击，属于档位无级调速方式。kr罐车系统的电路原理如图所示。
kr罐车变频器电路原理图
2台kr罐车（1#、2#kr）调试情况良好，空车使用一切正常，但自投入使用后，2台罐车不间断报“f011”过流故障。经过对故障时罐车的工作状况的监测，变频器报故障主要集中在罐车满载启动和道轨上有积渣阻力较大的这两种情况。
分析处理
查西门子变频器手册对造成f011过流故障原因的解释：(1)变频器输出短路或有接地故障；(2)电机与变频器是否匹配；(3)负载处于过载状态；(4)是否动态要求过高。
对于上述四种原因，一一进行排查：(1)经过对变频器输出电缆以及电机摇测绝缘，电缆和电机绝缘情况良好，无短路和接地故障；(2)电机和变频器规格匹配；(3)根据监测到满载启动时频繁报故障，可能是负载处于过载状态，造成过流；(4)罐车系统是恒转矩负载，道轨上有积渣，阻力增大或有变化，负载就发生变化，系统如果动态响应慢，也会造成过流故障。
根据以上的情况分析以及选用的变频器v/f开环控制模式，对罐车f011过流故障的结论是：系统选用的v/f开环控制模式在低频时启动力矩小以及开环动态性能差是造成过流故障的原因。西门子6se70变频器有多种控制模式可供选择以及在v/f模式下的各种功能，现场2台罐车有相同的问题，于是就选择了2种处理方式，也有利于比较使用效果，
其处理方法如下：（1）1#罐车v/f模式下增加补偿功能
1#罐车仍采用v/f模式，增加低频补偿，转差补偿功能，其参数设置如下：
※ 增加低频补偿p318=1
在直接提升电压模式中，只需将需要的提升电压数值输入参数p325即可，变频器就能根据图6所示的逻辑示意输出合适的v/f曲线。
※ 增加转差补偿 p336=100%。
转差补偿功能的使用，可补偿因kr罐车
1#罐车和2#罐车系统采用上述法处理后，系统不再报f011过流故障，操作工也明显感到系统启动快，动作也快，参数优化取得了很好的效果。需要注意的是，低频补偿和转差补偿功能在实际应用中，调试时应逐渐增加数值，满足系统的需要即可，不能过补偿了。
其实这个过流故障的出现,是预先设计的一种对于变频器,电机,以及我们周边的电路的一个非常重要的保护作用.我觉得这个过流保护,相对于其他的保护来说,是第一位的.这也就是我们平时所说的,变频器能够保护我们的电机.电流大了,超出的设计的额定电流,那么,变频器就自动停机了.停止了输出.这是有好处的.所以,质量好的变频器,这个功能非常的完善.前几年,听说有些国产的低端的变频器把人家的电机都给烧了.这实在是有违这个过流保护的初衷的.
电流保护线路,每个厂家做的都不一样了.但是,大体上结构是差不多的了.一般就是在输出上设有专门的电流互感器,检测输出电流的大小,然后把这个信号通过运放,放大后给主板上的单片机来处理.在输出上的电流互感器一般是两个,我见过也有一个的,也有三个的,同时检测三相的电流.一般的,这电流互感器所需的电源都是正负15V了.这个线路上所用到的运放集成电路一般是324,074,339,358等等.那么,既然如此,如果是这个电流检测线路上的某个元器件出了问题,就容易出现这个过流故障.我曾经修过好几台这样的机器了.更换了一个运放集成电路,就好了.我个人认为,那个电流互感器不容易坏.至少,直到现在为止,我还没有发现.
驱动线路也能引起变频器跳过流故障.像这个由于驱动电路引起的过流故障我觉得应该占总的过流故障的大多数.像这个驱动电路上的驱动光耦,稳压管,门极电阻,电解电容器,等等,都是容易损坏的了.其实驱动部分引起的故障,应该是属于短路保护的.当系统检测到IGBT管的Vce压降大于1V(当然了,每个厂家的Vce保护值可能都不一样了)的时候,通常是由一个光耦返回一个信号给主板,系统就会认为是过流了.或者是输出短路,于是立刻封锁了输出,而停机了. 其实输出短路也就是一种过流了.我们就算是把短路保护和过流保护分开了,系统在那几个毫秒的时间内,也有可能乱报了.都统统报"OC"了.
而实际上有很多的情况,会导致变频器报过流故障,或者说是报假过流.电流明明是不大的,远小于其额定电流的,但是,运行一会,就报过流了.有的空载,就报过流.我曾经修过一台普传15KW的机器.该机故障现象就是空载,一启动就报"OC".测其驱动波形六路都正常,我拔掉电流互感器,也不起作用.更换了所有的驱动光耦,还是"OC".不过,如果BUS电压在100V以下,过流故障就消失了.启动一切正常.这个机器放在我那里整整两个月,才给搞定.是强电对弱电部分的干扰.所以,有时候,我们不得不重视,外部,或者是变频器自身,所产生的干扰因素.
大家可能是对于这个外界的干扰认识不是很大.我有个亲身的体验.那次我的那个模拟的示波器保险线断了,我就打开它,把它内部线路板从它的铁壳中抽出来.换上保险丝后,我打开看看是不是好了.结果一测它上面自身带的那个+5V的电平时,我大吃一惊:平时测量很平像一条直线的高电平波形,竟然成了麻花状的波浪形.我还以为是我的显波器坏了呢.后来,我把它们重新装到它的铁壳里,上好螺丝,波形又恢复成一条直线了.也就是说这个铁壳起到了很好的屏蔽作用.当时我家里并没有什么其他的电器设备,都如此,再想想那变频器一般工作的环境,那干扰就可想而知了.所以我觉得外面是铁壳的变频器,抗干扰要强很多.
除了上面所说的电流检测线路,驱动线路,和外部干扰,这个IGBT模块也是一个重点的,有时候不得不怀疑的对象.它的耐压不良,或是门极等等的损坏,也是要"OC"的.值得一提的是,它的耐压不良,或者说是门极的损坏,光靠万用表是量不出来的.所以,光用一个万用表测其内部二极管好,就断定模块没有问题,是盲目的.不确切的.
总之,这个"0C"故障是很复杂的.也不是一句二句就能说得明白的,要具体问题具体分析了.在维修中时间就是金钱了,客户也很急,在这种情况下,我们往往采用省事的方法.就是电流检测线路出了问题,就把它的电流检测给取消了,要是驱动线路的问题,就把驱动线路上返回主板的那个OC线路给切断了.这个办法实在是快捷.我以前在维修中,也这样做过.不过,这样做就等于变频器没了保护,万一真的过流,或者是输出短路,可就炸机了.IGBT模块可是很贵的哟.并且,像一些品牌的机器,比如台达的,电流互感器返回的电流信号也参入控制,如果把电流检测线路给取消了,整机将不能正常工作.
擂台一：变频器过流的原因有哪些？ 相关改进和保护措施有哪些？请详细回答，附有相关图形解释并回答最完整的更佳！
非短路性过流
主要原因有：
(1) 电动机严重过载
(2) 电动机加速过快
(3) U/f比(转矩补偿)设定过高而电动机处于轻载状态，这是因为：
U/f比高时，电机磁路处于饱和状态。轻载时，转子电流小，其“反磁势”也小，磁路饱和程度加深，电机的励磁电流有可能增大到大大超过额定电流的程度。
短路性过流
主要原因有：
(1) 负载侧短路
(2) 负载侧接地
(3) 变频器逆变桥同一桥臂的上下两晶体管同时导通，形成“直通”。因为变频器在运行时，同一桥臂的上下两管总是处于交替导通状态。在交替导通的过程中，必须保证只有在一个晶体管完全停止后，另一个晶体管才开始导通。但如果由于某种原因(如环境温度过高)，使元器件参数发生漂移，就可能导致直通。
过电流（overcurrent）超过额定电流的电流。大于回路导体额定载电流量的回路电流都是过电流，它包括过载电流和短路电流。区分是回路绝缘损坏前的过电流是过载电流；绝缘损坏后的过电流成为短路电流。
变频器中过电流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了变频器的容许值的情形。由于逆变器件的过载能力较差，所以变频器的过电流保护是至关重要的一环，迄今为止已发展得十分完善。
一 、过电流的原因
A． 工作中过电流
即拖动系统在工作过程中出现过电流。其原因大致来自以下几个方面：
a) 电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象引起电动机电流的突然增加。
b) 变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路或电动机内部发生短路等。
c) 变频器自身工作的不正常，如逆变桥中同一桥臂的两个逆变器件在不断交替的工作过程中出现异常。例如由于环境温度过高，或逆变器件本身老化等原因，使逆变器件的参数发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通，而另一个器件却还未来的及关断，引起同一桥臂的上、下两个器件的“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。
B．升速时过电流
当负载的惯性较大，而升速时间又设定得太短时，意味着在升速过程中，变频器的工作效率上升太快，电动机的同步转速因负载惯性较大而跟不上去，结果是升速电流太大。
C． 降速中过电流
当负载的惯性较大，而降速时间又设定得太短时，也会引起过电流。因为，降速时间太短时，同步转速迅速下降，而电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，这时同样可以是转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。
二、处理方法
A．起动时一升速就跳闸，这是过电流十分严重的现象，主要检查
（1）。工作机械有没有卡住
（2）。负载侧有没有短路，用兆欧表检查对地有没有短路
（3）。变频器功率模块有没有损坏
（4）。电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来
B．起动时不马上跳闸，而在运行过程中跳闸，主要检查：
（1）。升速时间设定的太短，加长加速时间
（2）。减速时间设定的太短，加长减速时间
（3）。转矩补偿（u/f比）设定太大，引起低频时空载电流过大
（4）。电子热继电器整定不当，动作电流设定的太小，引起变频器误动作
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