【牵引电机的变频器过流故障处理】 电机变频器故障代码

　　摘 要:OTIS 430电梯在运行过程采用变频器控制时,经常跳闸变频器故障显示为SC故障。通过检查变频器IGBT模块损坏,后查明是轴电流引起。在安装滤波器后轴承电流减少到可以忽略的水平,变频器使用寿命得以大大提高,且最终解决了变频器过流问题。
　　关键词:变频器 过流 故障排除
　　中图分类号:TM3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0134-02上海金融大厦现有19台OTIS430电梯,在正常运行时电机经常跳闸,电梯采用的是安川的变频器,变频器报SC故障过流。在随后的维修检查中发现由于过流故障导致变频器内部IGBT模块全部损坏。本文将主要讨论的就是变频器IGBT排查的基本步骤,以及采用装设滤波器来解决变频器过流的故障。
　　1 变频器过流的基本排查及负载侧检查
　　对于电机来说,变频器中过流保护的对象主要指带有突变性质的、电流的峰值超过了流检测值(约额定电流的150%,不同变频器的保护值不一样),变频器则显示过流,由于逆变器件的过载能力较差,所以变频器的过渡保护是至关重要的一环。
　　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,首先要检查有以下几点。
　　(1)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。
　　(2)负载侧有没有短路,以避免电机和电机电缆相间或每本对地的绝缘破坏、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。
　　(3)电动机的起动转矩过小,拖动系统转不起来。
　　(4)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。
　　(5)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。
　　(6)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。经检查,发现负载正常。
　　2 变频器IGBT模块检查
　　IGBT,绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。
　　IGBT判断好坏将万用表拨在R×10kΩ挡,用黑表笔接IGBT的集电极(C),红表笔接IGBT的发射极(E),此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极(G)和集电极(C),这时IGBT被触发导通,万用表的指针摆向阻值较小的方向,并能站住指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E),这时IGBT被阻断,万用表的指针回零。此时即可判断IGBT是好的(IGBT原理图见图1)。
　　3 轴电流引起的异常问题
　　更换了变频器IGBT模块后正常工作,但发现在同样的运行时间周期后,变频器还会报sc故障,导致故障重演。此时,就怀疑是由于轴电压和轴电流问题。其中轴承电流主要以三种方式存在:dv/dt电流、EDM电流和环路电流。dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关,tr越小,dv/dt电流的幅值越大;逆变器载波频率越高,轴承电流中的dv/dt电流成分越多。EDM电流出现存在一定的偶然性,只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部了生接触时,存储在定子转子对地电容Crf上的电荷(1/2Crf×Urf)通过轴承等效回路Rb、Cb、Zb对地进行火花式放电,造成轴承光洁度下降,降低使用寿命,严重地造成直接损坏。环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。
　　4 解决方案
　　为彻底解决发故障我们决定在变频器的电力输出线与电机之间安装输出滤波器,不但能有效滤除变频器输出电流中的高次谐波,减小由高频谐波引起的附加转矩,降低电机温升及电机运行噪音,而且能有效抑制变频器的输出侧的浪涌电压,保护电机,提高变频调速系统的功率因数。输出滤波器选型要求有以下几点。
　　4.1?明确基本参数
　　首先,要明确需要配套变频器输出端专用型滤波器的变频器的基本参数,包括:电压类型、电压数值、电流数值、功率。
　　4.2?明确目的
　　加变频器输出端专用型滤波器的目的,是想控制那些参数,控制到什么程度;一般来讲,LC滤波器可以把畸变率控制在8%～10%,谐波滤波器可以控制在2%～5%;正弦波滤波器,不但可以延长变频器输出线的距离,而且,可以把波形控制的比较像正弦波。
　　4.3?安装
　　(1)变频器输入端专用型滤波器、变频器输出端专用型滤波器不能互相替用。
　　(2)变频器输出端专用型滤波器安装时要有良好的接地。
　　(3)应把变频器输出端专用型滤波器外壳直接和机箱的金属部分良好接触,且系统接地电阻应尽可能低。
　　(4)变频器、UPS等大功率的用电设备,应把变频器输出端专用型滤波器安装在尽量接近设备的变频器输出端的位置,如果可能应装入设备内部,电源引入线和输出线应做屏蔽,不能在箱体中裸露。
　　(5)变频器输出端专用型滤波器应保证变频器至电机的引线尽量短,并且不能和变频器的电源线以及其他控制、通讯线交叉或并行。
　　我们选择了ABB公司PQF系列输出滤波器(输出滤波器原理图见图2)。PQF有源动态滤波器提供良好的过滤性能,同时在无功功率和线路平衡特性方面也性能优越。
　　(1)最高可滤除到第50次谐波。
　　(2)对于目标谐波,有效滤波能力可达97%。
　　(3)符合G5/4,IEEE519等国际标准要求。
　　(4)使用闭环反馈控制方式,可确保最佳滤波精度。
　　(5)可设定滤波模式和选择滤除谐波的种类。
　　(6)能够自动适应电网的阻抗变化。
　　(7)可与690V系统(CE/C-Tick)和600V(cUL)直接连接易于进行容量扩展。
　　5 结语
　　牵引电机出现过流的原因在于变频器输出的PWM导致电流的出现突变,并损坏了IGBT模块,最终出现恒速过流。实践证明,变频器输出滤波器可以使轴承电流减少到可以忽略的水平,电机的使用寿命得以大大提高。
　　参考文献
　　[1] 刘天牧,曹庚军.电牵引采煤机变频器故障分析与处理[J].煤矿机械,2006(4).