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天拓四方分享西门子变频器的四大保护功能

时间:2017-10-9 16:28:00 来源:

  之前给大家分享了西门子各类型变频器的硬件构成和一些维修小技巧,有很多朋友微信留言和我们互动,大家分享了各自使用西门子变频器的一些见解,今天再给大家介绍一下西门子变频器的四大保护功能;说到西门子变频器的保护功能,当然是围绕变频器发生的一些故障保护,实际应用中,通常指包含西门子变频器在内的传动系统的保护功能,比如线路保护、变频器自身保护、电机保护、机械负载保护等等。

  一、变频器的线路保护

  西门子变频器的线路保护,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。

  图1 S120的整流侧结构图

  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,这里以最常见保护功能举例,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,激活最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。

  图2 散热片灰尘过多

  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,最直接最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。

  图3 转矩电流功率限制功能图

  好了今天西门子变频器的三大保护功能我们就先讲到这,感谢大家对天拓四方的支持。天拓四方作为西门子战略合作伙伴和西门子变频器授权维修中心,具有丰富的维修经验和专业的技术人才,可帮您提供一站式智能制造整体解决方案,如果您有西门子变频器产品需要购买或者维修,可关注天拓四方公众号:bjttsf2013留言咨询。

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