变频器的过流故障及排除（二）

案例分析:罐车变频器过流
4.1 故障现象
某炼钢厂现场环境恶劣，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5所示。

图5 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。
4.2 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

6se70变频器有两种低频转矩补偿功能，即直接提升电压数值（电压模式）和间接提升电压数值（电流模式），后者涉及到定子电阻的计算、测量，相对比较复杂，因此本案例采用直接电压提升模式。
※　p325=25v(一般10v到40v)

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。

图6 转矩提升逻辑

※　增加转差补偿 p336=100%。

转差补偿功能的使用，可补偿因kr罐车负载波动引起的电机转差变化，从而得到良好机械特性曲线。
（2）2#罐车改变控制模式
2#罐车控制模式改为无编码器矢量控制，参数修改如下：
※　p100=3，系统参数重新设定优化

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。
4.3 案例归纳
变频器在启动或极低速运行时，根据v/f曲线，电动机在低频时对应输出的电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，这就导致励磁不足而使电动机不能获得足够的旋转力，因此需要对转矩进行补充补偿，这称为转矩补偿。通常的做法是对输出电压做一些提升补偿，以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电动机的输出转矩。
图7中，v0表示手动转矩提升电压、vmax表示最大输出电压、f0表示转矩提升的截止频率、fb表示基本运行频率。
对于v0的设置原则一般有以下几点：（1）当电动机与变频器之间的距离太远时，由于线路压降增大，应适当增大v0值；（2）当电动机容量小于变频器额定容量时，由于此挡容量电动机的绕组电阻比大容量电动机大，电阻压降也大，应适当增大v0值；（3）当电动机抖动厉害时，说明转矩过大，转矩补偿增益调得过高，应适当减小v0值。这里必须避免这样一个误区：即使提高很多输出电压，电动机转矩并不能和其电流相对应的提高。这是因为电动机电流包含电动机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。

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