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矿用风机变频过载分析及处理

李方园 /浙江工商职业技术学院    

摘要:介绍了矿用风机配备变频器出现的过载故障,分析了原因,提出了处理措施,解决了过载问题。

关键词:矿用风机;变频器;故障处理;过载

中图分类号:TM344.6    文献标识码:B

Analysis and Treatment of Inverter Overload of Mine Fan

Abstract: This paper has introduced the overload fault occurred in the inverter of fan equipment for mine. The reason is analyzed and the treating measure is pointed out. And the overload problem has been solved.

Key words: fan for mine; inverter; fault treatment; overload

0  引言

  变频调速在风机上的应用具有显著的节能效果,并且具有无冲击启动和软停机的优良控制特性。因此,变频器首先在冶金、电力、石化、供热和民用风机水泵的控制领域得到广泛的应用。由于煤矿生产的特殊环境和安全上的特殊要求,变频器在煤矿的应用起步比较晚。随着我国市场经济的深入发展,煤矿的增产、降耗、提效被提到了重要地位,设备节能改造势在必行。

  某煤矿企业使用了K40-4型矿用风机做为掘进通风的局扇,并配备了艾默生TD2000-4T0300P(30kW)变频器。该节能改造项目使用变频风机,其目的主要是为了解决掘进工作面定量供风状况以及严重浪费能源不合理的现象。同时实现在瓦斯积聚后安全、有效、快速地排放瓦斯,防止瓦斯爆炸。

  但是,矿用风机在使用过程中变频器经常出现过载(E013)故障,检查故障电流记录为 58A,变频器额定电流60A,经查说明书发现风机、水泵变频器过载能力110%额定电流1min ,似与上述现象矛盾。本文主要论述该风机变频故障的分析与处理过程。

1 矿用风机变频的故障处理

1.1 过载的主要原因

  电动机能够旋转,但运行电流超过了额定值,称为过载(图1)。过载的基本特征:电流虽然超过了额定值,但超过的幅度不大,一般也没有形成较大的冲击电流(否则就变成过流故障),而且过载是有一个时间的积累,当积累值达到时才报过载故障。

图1 过载示意图

  过载发生的主要原因有以下几点[1]

  (1) 机械负荷过重,其主要特征是电动机发热,可从变频器显示屏上读取运行电流来发现。

  (2) 三相电压不平衡,引起某相的运行电流过大,导致过载跳闸,其特点是电动机发热不均衡,从显示屏上读取运行电流时不一定能发现(因很多变频器显示屏只显示一相电流)。

  (3) 误动作,变频器内部的电流检测部分发生故障,检测出的电流信号偏大,导致过载跳闸。

1.2  过载故障的解决对策

  (1) 检查电动机是否发热,如果电动机的温升不高,则首先应检查变频器的电子热保护功能预置得是否合理,如变频器尚有余量,则应放宽电子热保护功能的预置值。

  如果电动机的温升过高,而所出现的过载又属于正常过载,则说明是电动机的负荷过重。此时,应考虑能否适当加大传动比,以减轻电动机轴上的负荷。如能够加大,则加大传动比。如果传动比无法加大,则应加大电动机的容量。

  (2) 检查电动机侧三相电压是否平衡,如果电动机侧的三相电压不平衡,则应再检查变频器输出端的三相电压是否平衡,如也不平衡,则问题在变频器内部。如变频器输出端的电压平衡,则问题在从变频器到电动机之间的线路上,应检查所有接线端的螺钉是否都已拧紧。如果在变频器和电动机之间有接触器或其它电器,则还应检查有关电器的接线端是否都已拧紧,以及触点的接触状况是否良好等。

  如果电动机侧三相电压平衡,则应了解跳闸时的工作频率 : 如工作频率较低,又未用矢量控制 ( 或无矢量控制 ) ,则首先降低U/f比。如果降低后仍能带动负载,则说明原来预置的U/f比过高,励磁电流的峰值偏大,可通过降低U/f比来减小电流;如果降低后带不动负载了,则应考虑加大变频器的容量;如果变频器具有矢量控制功能,则应采用矢量控制方式。

1.3  矿用风机变频过载的故障处理

  经现场了解和查看,发现该风机负载长期工作在48Hz,电流长期在58A左右,E013的原因为变频器带载能力不够,需要更换更高一级的变频器,即TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P(37kW)。

  变频器运行过程输出电流大于等于变频器额定电流,但达不到变频器过流点,在运行一段时间后产生过载保护,变频器过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。反时限曲线i2t即指动作时限与通入电流大小的平方成反比。通入电流越大,则动作时限越短, 该曲线在出厂时由机型参数唯一确定,用户不能改。

  本例机型为P型机,其P型反时限曲线(图2)说明当变频器输出电流达到95%,持续时间达到1h时,则报E013;当变频器输出电流达到110%,持续时间达到1min时,也同时报 E013[2]

图2 P型机反时限曲线

  本案例可以选择高一挡的EV2000-4T0370P变频器,在更换完变频器之后,还必须设置以下参数:

  F0.08:变频器机型选择为P型。

  0:G型(恒转矩负载机型);1:P型(风机、水泵类负载机型)

  由于变频器出厂参数设置为G型,本案例中选择P型机,需要将F0.08功能码设置为1。

  FH.00~FH.02:电机参数按照实际情况进行设定。

  为了保证控制风机的性能,务必按照电机的铭牌参数,进行正确设置电机极数、额定功率和额定电流。

2  结论

  很多品牌的变频器在45kW及以下机型都采用G/P合一方式,即用于恒转矩负载G型适配电机功率比用于风机、水泵类负载P型时小一挡。G/P合一方式是考虑到风机、泵类负载基本不过载的实际情况,但是由于G/P合一的变频器本质上并没有扩大容量,只是变频器的软件发生变化,实际上就是反时限i2t曲线发生了变化,但使用中通常容易遭到误解,尤其是当用户的工艺过程发生变化,比如水泵流量增加、输送介质的密度增大、风机风量增大等,电机的实际电流往往会上升,从而导致变频器过载保护。

  本案例也说明了电机与变频器的选型关系。电机选型首先应该根据负载运动时所需要的平均功率、最高功率,折算到电机轴侧(可能有减速机、皮带轮等减速装置)选择电机的功率,同时也要考虑电机的过载能力。电机厂商可以提供电机的力矩特性曲线,不同温度下电机特性会变化。选型的顺序当然是先选电机再根据电机选择变频器,因为控制的最终目的不是变频器也不是电机,而是机械负载。

  而变频器的选型第一应该强调的是电流。对于一般负载,可以根据电机的额定电流选择变频器,即变频器额定电流(即常规环境下的最大持续工作电流)大于电机额定电流即可。但是必须要考虑极限状况的出现。因此变频器还需要提供短时间的过载电流。

  变频器有一条过载电流曲线,是一条反时限曲线,描述了过载电流和时间的关系。这就是变频器说明书上经常说到的过载能力可以达到150%额定电流2s、180%额定电流2s等,实际上是一条曲线。因此,只要电机的电流曲线在变频器的过载电流曲线之内,就是正确的选型。这就是为什么有时候变频器功率要大于电机功率1挡或2挡(比如起重应用),有时候小功率变频器仍然可以驱动大功率电机(比如输送带)的原因。

  另一个必须注意的,在非正常环境下,比如高海拔、高环境温度(例如大于50℃,小于 60℃环境)、并排安装方式(有些变频器并排安装不降容,有些要降容,根据变频器设计决定)等情况下,要考虑变频器的降容。因此,变频器的额定功率可以大于电机功率,也可以小于电机功率,事实上变频器的选型也是根据机械负载决定的。

  总之,变频器选型的最终依据,是变频器的电流曲线包括机械负载的电流曲线,这也正是本次矿用风机故障的真正原因。

参 考 文 献

[1] 李方园.变频器行业应用实践[M].北京:电力出版社,2006.5.

[2] 李方园.变频器故障排除[M].北京:化学工业出版社,2009.1.

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  评论人:肉牛   打分:0 分  发表时间:2015-4-11 15:26:15
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  评论人:老苗汤   打分:0 分  发表时间:2012-11-27 19:13:15
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  评论人:cogsaiohjo   打分:85 分  发表时间:2011-4-5 23:00:42
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