轧机变频器过载的处理

1 前言

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，在运行一段时间后就会产生过载保护。变频器过载保护按反限时曲线i2t即指动作限时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。本文通过轧机变频器过载的分析来介绍过载发生的原因及处理方法。

2 轧机变频器过载故障现象

某铝板轧机采用75KW安川VS G7 变频器（图1中的VF2），并安装了编码器PG，调试正常，但是当铝板卡死在轧机中启动时，容易发生过载OL1。

图1 铝板轧机示意

3 变频器过载的主要原因、解决对策与故障定位

（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2所示）。过载的基本特征是：电流虽然超过了额定值，但超过的幅度不大，一般也不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2 过载示意

过载发生的主要原因有以下几点：

a) 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；

b) 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)；

c) 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。

（2）过载故障的解决对策

过载故障的检查方法和解决对策包括：

a) 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。这时，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。

b) 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。

（3）过载故障定位

对应过载的变频器主要故障代码变频器过载和电动机过载，其故障定位如图3所示。

图3 过载故障定位

4 轧机变频器过载分析处理

观察轧机变频器参数，发现变频器工作模式为V/f闭环带PG模式，改为矢量带PG模式，即重新设置A1-02参数：将“1”改为“3 ”。表1所示为安川变频器的不同工作模式。

表1 模式选择

参数修改后，轧机工作正常，即使卡死也能正常启动。

5 总结归纳

带速度传感器矢量控制与闭环V/f控制是有严格区别的。带速度传感器矢量控制与闭环V/f控制在安装编码器PG上有共同点，而且都有类似的PID环以及相应的参数设置，好像给人一种雷同的感觉。但两者存在着很大的区别，主要一点在于前者是矢量控制，而后者属于传统的V/f控制。
我们对比一下带速度传感器矢量控制与闭环V/f控制的原理框图，如图4、图5中所示。矢量控制时的速度控制ASR是把速度指令和速度反馈信号进行差值比较，然后进行PI控制后，经过一定的滤波时间，再经过转矩限定，输出转矩电流，进入转矩环控制；而闭环V/f控制是将速度指令和速度反馈信号的偏差调为零，PID的结果只是去直接控制变频器的频率输出。

图4 带速度传感器矢量控制原理框图

图5 闭环V/f控制原理框图

在本案例中，由于错误地选择了不同的控制方式，导致带速度传感器矢量控制与闭环V/f控制有两点明显的不同：（1）控制精度不同。带速度传感器矢量控制的速度控制精度能达到0.05％，而闭环V/f控制则只有0.5％（相当于无传感器矢量控制的水平）。（2）启动转矩不同。带速度传感器矢量控制的启动转矩可达到200％/0Hz，而闭环V/f控制则只有180％/0.5Hz。正是基于以上两点，对于轧机这种过载能力要求非常高的负载，必须选择合适的控制方式。