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MRO-西门子变频器的四大保护功能

2019-11-25

一、变频器的线路保护

 

        变频器的线路保护,可以理解成在变频器发生短路故障时,变频器能够从电网上分离,防止电网问题扩大化,所以会涉及到变频器的进线开关器件、熔断器的配置,具体器件的容量的选择,西门子小功率变频器的标准配置是刀熔开关加接触器的形式,大功率的变频器采用3WL断路器作为进线保护。
 
        对于进线侧的开关熔断器等,一些设计人员考虑成本问题, 总想尽可能的省去一些东西,其实有些得不偿失。
 
       1、 空气断路器的响应时间是保护不了变频器的整流桥的。比如,进线不加快速熔断器,在变频器前端配上一个空气断路器,后边直接就连接到变频器的进线端子上,实际上这种设计从保护角度是不完善的, 当变频器直流发生短路故障时,大电流流经变频器的整流桥,很容易造成整流侧的损坏。
 
 
      2、 操作空气开关瞬间,可能发生拉弧现象。比如,不加进线接触器,在变频器前端配上一个空气断路器,后边直接就连接到变频器的进线端子上,从安全角度也是存在隐患的,可能对操作工造成伤害,实际上这种设计从操作角度是不方便的,打开变频器柜门,操作变频器上电掉电;如果在变频器的柜门通过按钮操作接触器,既方便又安全;另外在变频器发生故障时,还能够自动分断进线侧的接触器, 防止故障扩大化 。
 
 
      3、 有关变频器线路保护,进线侧必要的器件不能省去, 尽管说变频器故障后会封锁输出, 但是变频器前端整流桥、直流回路的有些问题,变频器自身可能保护不了,从系统保护的可靠性方面分析,开关器件也存在失效的可能,而且各自的功能也不一样,所以变频器进线保护器件不能省,不能因小失大。
 
 
      4、 进线没有保护损失惨重,血的教训。由变频器本身的条件所限,功率器件的耐压、电流的限制、工作温度等等,当变频器运行过程中达到或者接近变频器的允许范围,就会发出报警或者故障信号,进行预警或者停机保护;变频器的保护功能很多,这里以更常见保护功能举例,比如过压、欠压、过流、过热、缺相等等。
 
 
      1、 过压保护(F2):此功能是为了防止出现直流母线电压过高,造成电容或者IGBT等器件损坏,变频器判断过压的检测点在直流母线,以3AC380-480V 交流电压等级为例, 正常直流母线电压约为1.35倍的交流进线电压计算,通常为DC 520V-DC 540V之间,当变频器所驱动的负载惯量比较大,快速降速时,或者变频器拖动位能性负载下放时,电机转子实际转速高于变频器输出给电机的转速,造成负载反拖电机,电机 处于发电运行状态,机械能转化为电能,通过变频器的逆变桥IGBT反并联二极管回馈到变频器的直流母线,由于直流母线的电容容量固定, 随着回馈能量的增加,直流母线电压随之升高,达到一定的限值可能导致器件的损坏,所以此时必须抑制过压趋势,比如投入制动单元制动电阻,激活更大直流电压控制器等等。
 

     2、 欠压保护(F3):此功能检测出变频器直流母线电压低于某个值,比如正常1.35倍的交流电压,如果电压再低10%,此时变频器可能发生欠电压报警或故障,欠压故障间接反映的是交流侧可能出现了问题,欠压保护的功能是防止变频器直流母线电压过低时,输出功率受限,功率器件的工作特性发生变化,控制电压异常,防止变频器硬件出现损坏,通常操作也要先停止变频器输出,再分断进线开关,避免人为造成欠电压故障。
 
 
      3、 过流保护(F1):通常变频器的输出电流超过变频器的额定输出电流某个限制值,通常是变频器厂家研发层面的细节,与IGBT功率器件选型设计裕量有关, 不同厂家,不同功率段也不一样。变频器本身的过流保护区别于电机的过流保护,一般滞后于电机的过流保护。
 
      4 、过热保护(F4):变频器运行过程中,功率器件会发热,正常情况下,变频器的散热风机能够使得变频器发热散热平衡,不至于变频器报故障,但是当环境温度过高,变频器过载运行,冷却风机故障、冷却风道不通畅,也会导致变频器过热,极端情况会导致功率器件损坏;通常引发过热故障,多数由于变频器柜安装环境差,风道堵塞所致。
 
      5 、变频器输入缺相(F20):一般变频器的输入缺相不直接测量,通过直流母线电压的纹波进行判断,当变频器负载运行,如果变频器输入缺相发生时,直流母线的纹波加大,对于6脉动整流,导致另外的整流二极管负载加重,可能导致整流桥损坏情况。
 

二、电机的保护
 
      1、 过热保护(F11):电机运行过程中,当负载比较重,运行电流长时间超过电机额定电流时, 电机的温度会升高,如果环境温度过高, 也会导致电机温度升高,如果长时间超过电机的额定温升,可能导致电机烧毁;通常电机的过热保护,可以通过软件方式实现,变频器根据电机的运行电流,结合电机的模型,估算电机的发热情况,更直接更可靠的方式是在电机绕组中预装温度传感器,根据传感器实测温度,对电机进行保护。
 
 
      2、 缺相保护(F30015): 由于变频器输出与电机之间的电缆可能出现松动等情况, 导致电机缺相。电机的缺相保护,由变频器的输出侧霍尔元件测量,当三相电流的不平衡度超过一定限制值,变频器报电机缺相故障,此时需要检查电机电缆、变频器输出接线端子、电机 接线端子的可靠性。
 
 
      3、 过流保护(F7801):电机的过流保护实际上通过变频器运行中检测实际输出电流,当检测到的实际电流超过,2*电机电流的限制值(2*P640)或者电机额定电流的4倍,取较小的值,电机发生过流故障保护。
 
 
      4 、过载保护(F7011):电机可以瞬时过载运行, 但是有一个过载保护曲线,变频器根据电机模型,运行中监测电机运行电流,通过 I*I*t的累计,判断电机是否过载,该功能俗称电子热继电器。
 

三、机械负载保护(负载监控功能)
 
      1、 转矩保护:当变频器所驱动的负载重,实际负载转矩大于某个值时,可能导致机械损坏,变频器自动控制输出转矩,防止过大的输出扭矩导致机械损坏。
 
     2、 断带保护:在变频器运行中,通过设置正常负载的转矩窗口比较,当机械负载低于窗口下限值,认为机械传动机构发生故障,变频器停机保护。
 

四、其它保护功能
 
      变频器的保护功能很多,要根据实际情况进行设置,目的使得传动系统稳定运行;通常正确的调试,比如合适的加减速时间、合理设置变频器的限幅值,也是保障变频器正常运行的条件, 另外设置转矩限幅、功率限幅、电流限幅等,也可以减少变频器的故障发生。 
 
 
 
 

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