圖5 故障過電流示例

l 內(nèi)部故障
比較嚴(yán)重的是逆變橋上下兩個(gè)逆變管直通，如圖5(b)所示。這種現(xiàn)象之所以發(fā)生，或因?yàn)榄h(huán)境溫度過高，或因?yàn)槟孀児芾匣蛞驗(yàn)椴僮鞑划?dāng)引起控制電路的混亂，使上下兩個(gè)逆變管在交替導(dǎo)通過程中的“死區(qū)”變窄而導(dǎo)致直通(即一個(gè)已經(jīng)導(dǎo)通，另一個(gè)尚未完全截止)。
(2) 功能預(yù)置不當(dāng)引起的過電流
l 負(fù)載較輕而u/f比預(yù)置的較大, 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)磁路的飽和，勵(lì)磁電路嚴(yán)重畸變, 產(chǎn)生沖擊電流, 如圖6(a)所示;

圖6 預(yù)置不當(dāng)引起的過電流

l 負(fù)載的慣性較大，而加速時(shí)間預(yù)置較短，引起在加速過程中產(chǎn)生過電流，如圖6(b)所示。
(3) 變頻器測量誤差引起的誤動(dòng)作
例如，實(shí)際測量結(jié)果只有45a，而變頻器的測量結(jié)果卻是88.6a，如圖7所示。顯然，變頻器內(nèi)部的檢測誤差過大，而變頻器又只能根據(jù)其內(nèi)部的測量結(jié)果來進(jìn)行保護(hù)，形成誤動(dòng)作。

圖7 測量誤差

2.1.2 變頻器過電流的特點(diǎn)
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)過載也一定過電流，但上述的變頻器過電流的危害要大得多，所以，變頻器必須能夠根據(jù)其特點(diǎn)來進(jìn)行判斷。過電流的特點(diǎn)如下:
l 電流上升的幅度較大;
l 電流上升的變化率較大。
2.2 欠電流(欠載)保護(hù)功能
2.2.1 欠電流(欠載)保護(hù)的必要性
如果在運(yùn)行過程中負(fù)載突然減輕為空載，則:
l 意味著機(jī)械部分發(fā)生故障, 如皮帶斷裂或水泵干涸等;
l 在矢量控制模式下，可能導(dǎo)致變頻器的運(yùn)算發(fā)生錯(cuò)誤而誤動(dòng)作。
因此，有必要報(bào)警或跳閘。
2.2.2 欠載保護(hù)曲線
欠載保護(hù)曲線如圖8所示，其基本特點(diǎn)如下:

圖8 欠載保護(hù)曲線

(1) 額定頻率以上
由于在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí)，發(fā)生上述現(xiàn)象時(shí)的危害性較大，故轉(zhuǎn)矩的下限不變;
(2) 額定頻率以下
轉(zhuǎn)速越低，發(fā)生上述現(xiàn)象時(shí)的危害性越小，故轉(zhuǎn)矩的下限隨頻率的下降而減小;
(3) 零頻率負(fù)載
即頻率為0hz時(shí)的轉(zhuǎn)矩下限，用表示。

3 變頻器的電壓保護(hù)
3.1 過電壓保護(hù)功能
變頻器的過電壓通常指直流回路的電壓過高。當(dāng)直流電壓過高時(shí)，主電路內(nèi)的逆變器件、整流器件以及濾波電容等都可能受到損害，故一般情況下，都應(yīng)該進(jìn)行跳閘保護(hù)。過電壓的主要原因如下:
3.1.1 電源過電壓及其危害
相對于元器件的耐壓而言，電源過電壓時(shí)，直流電壓并不很高。我國的電源線電壓為380v，允許誤差為＋10％，則經(jīng)三相全波整流后的峰值為591v。個(gè)別單位夜間的電源線電壓可達(dá)450v，其峰值電壓也只有636v，并不算很高，如圖9(a)所示，故電源過電壓一般不會(huì)使變頻器內(nèi)的元器件受到傷害。

圖9 過電壓原因示例

電源過電壓主要危害在于:
(1) 電動(dòng)機(jī)的磁路飽和
對電動(dòng)機(jī)來說，電壓過高必然使磁通增加，可能導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流過大，從而溫升過高。
(2) 損害電動(dòng)機(jī)的槽絕緣
直流電壓升高后，變頻器輸出電壓的脈沖幅度增大，使電動(dòng)機(jī)槽絕緣的壽命受到影響。
所以，如果直流電壓超過正常允許范圍的時(shí)間較長時(shí)，變頻器將進(jìn)行保護(hù)。
3.1.2降速過電壓
即降速過快引起的過電壓，這種情況下過電壓的電壓變化率du/dt不大，但幅值往往較高，常超過700ｖ，應(yīng)該進(jìn)行保護(hù)，如圖9(b)所示。
3.1.3 沖擊過電壓
指電壓變化率du/dt和幅值都很大的沖擊過電壓，其原因主要有:
l 雷電引起的過電壓;
l 變電所的補(bǔ)償電容在合閘或斷開時(shí)形成的過電壓等，如圖9(c)所示。
當(dāng)發(fā)生沖擊過電壓時(shí)，變頻器將進(jìn)行保護(hù)。
3.2 欠電壓保護(hù)功能
3.2.1 欠電壓的原因
(1) 電源欠電壓
如電源電壓過低、電源缺相等。
(2) 變頻器故障形成的欠電壓
如變頻器的整流橋損壞、變頻器整流后的限流電阻損壞，濾波電容器不能充電、限流電阻因并聯(lián)的晶閘管或繼電器發(fā)生故障而未切除電路等。
3.2.2 欠電壓保護(hù)功能
(1) 自動(dòng)電壓調(diào)整(avr)功能
當(dāng)電源電壓在允許范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，為了使電動(dòng)機(jī)能夠平穩(wěn)地運(yùn)行，變頻器設(shè)置了自動(dòng)電壓調(diào)整(avr)功能，使變頻器的輸出電壓穩(wěn)定在所要求的范圍內(nèi)。
(2) 缺相保護(hù)功能
電源缺相后，變成了單相電源，經(jīng)全波整流并濾波后的直流電壓將只有三相全波整流時(shí)的66％，足以使欠壓保護(hù)功能動(dòng)作，故有的變頻器并無缺相保護(hù)功能。
但為了便于用戶了解跳閘原因，不少變頻器設(shè)置了電源缺相保護(hù)功能。有的變頻器還設(shè)置了變頻器輸出端的缺相保護(hù)功能。

4 變頻器的跳閘及其防止
變頻器在發(fā)生故障后，為了防止事態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)大，保護(hù)好電動(dòng)機(jī)和變頻器自身，必須跳閘。但變頻器跳閘意味著整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)停止工作，將導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，變頻器在運(yùn)行過程中，又必須盡量避免不必要的跳閘。
4.1 變頻器的自處理功能
自處理功能是當(dāng)變頻器對于部分過電流或過電壓故障，采取先自行處理的方式來避免跳閘。
4.1.1 加速過程中的自處理
一方面，加速時(shí)間預(yù)置得太短，容易因過電流而跳閘。另一方面，加速時(shí)間太長，又會(huì)影響勞動(dòng)生產(chǎn)率。況且，生產(chǎn)機(jī)械的工況也時(shí)有變化，這給用戶在預(yù)置“加速時(shí)間”時(shí)帶來了困難:難以迅速地預(yù)置的恰到好處。
變頻器在加速過程中出現(xiàn)過電流時(shí), 可以不必跳閘, 而起動(dòng)“防止跳閘”程序(也叫自處理程序)。具體方法是:
如果在加速過程中, 電流超過了預(yù)置的上限值ih(即加速電流的比較大允許值), 變頻器的輸出頻率將不再增加, 暫緩加速, 待電流下降到上限值以下后再繼續(xù)加速, 如圖10所示。

圖10 加速防止跳閘

因?yàn)樽蕴幚砉δ苁菫榱吮苊馓l而設(shè)置的，所以，在許多說明書中，常常把這種功能稱為“防失速”功能。
4.1.2 減速過程中的自處理
和加速過程相仿，對于某些加、減速比較頻繁的生產(chǎn)機(jī)械來說，減速時(shí)間太長，會(huì)影響勞動(dòng)生產(chǎn)率;而對于慣性較大的負(fù)載，如果減速時(shí)間預(yù)置得過短，會(huì)因拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能釋放得太快而引起直流回路的過電壓。
為此，變頻器設(shè)置了減速過電壓的自處理功能。如果在減速過程中，直流電壓超過了上限值udh，變頻器的輸出頻率將不再下降，暫緩減速，待直流電壓下降到設(shè)定值以下后再繼續(xù)減速，如圖11所示。

圖11 減速防止跳閘

4.1.3 運(yùn)行過程中的自處理
當(dāng)在運(yùn)行過程中，電流超過了上限值ih，但電流變化率并不很大，如圖12(a)所示時(shí)，變頻器也可以不必跳閘，而是暫時(shí)把輸出頻率降低至，如圖12中之所示。由于在頻率下降的同時(shí)，電壓也要下降，使電流有所下降。待電流低于ih時(shí)，變頻器的輸出頻率再回復(fù)至原來的運(yùn)行頻率，如圖12(b)所示，從而達(dá)到了防止跳閘的目的。但頻率的下降幅度不宜過大，故有的變頻器在頻率下降后，如果電流并未回復(fù)到以下的話，還可以進(jìn)一步降低電壓，直至恢復(fù)正常為止。

圖12 運(yùn)行過程中防止跳閘

4.2 變頻器的重合閘功能
重合閘功能是指變頻器因某種原因而跳閘后，允許自動(dòng)重新合閘的功能。
4.2.1 瞬時(shí)斷電后的重合閘功能
瞬時(shí)斷電的含義是電源電壓由于某種原因突然下降為0v, 但很快又恢復(fù), 停電的時(shí)間t0很短, 如圖13(a)所示。

圖13 瞬時(shí)斷電

(1) 斷電后變頻器各部分的電壓變化
變頻器內(nèi)，主要有三種電源:
l 主電路的直流電壓
在剛斷電瞬間，逆變電路還在工作，故電壓下降較快，設(shè)主電路直流電壓從額定狀態(tài)的下降至下限值(欠壓保護(hù)的動(dòng)作電壓)所需時(shí)間為, 如圖6~13(b)所示。
l 控制電路的直流電壓
l 逆變管驅(qū)動(dòng)電路的電壓
一方面, igbt管是電壓控制器件, 驅(qū)動(dòng)電流十分微小, 短時(shí)間內(nèi)電壓的下降有限; 另一方面, 驅(qū)動(dòng)電路對電壓的要求也不十分嚴(yán)格。所以, 對于瞬時(shí)停電來說, 可以不予考慮。
(2) 變頻器對瞬時(shí)斷電的處理方法
變頻器將根據(jù)斷電時(shí)間的不同，分別處理如下:
l 當(dāng)＜時(shí)，變頻器可以不予理會(huì)，猶如沒有發(fā)生過斷電一樣。
l 當(dāng)＜＜時(shí)，由于控制回路的電壓尚未下降，故變頻器因欠電壓而跳閘后允許重合閘。
l 當(dāng)＞時(shí)，由于變頻器內(nèi)的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能再保持正常工作，變頻器跳閘后將不允許重合閘。
4.2.2 故障跳閘后的重合閘功能
重合閘功能的主要作用是:
(1) 避免誤動(dòng)作
變頻器的保護(hù)環(huán)節(jié)十分齊全, 內(nèi)部的運(yùn)算速度也很快，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠保護(hù)。但靈敏度的提高, 又容易受到外部信號(hào)的干擾, 存在著誤動(dòng)作的可能。為此, 變頻器因故障而跳閘后, 可以自動(dòng)地重新合閘一次或多次, 以避免不必要的停機(jī)。
(2) 防止因受到外部的不重復(fù)沖擊而跳閘
對于時(shí)間極短的不重復(fù)沖擊過電流或過電壓, 例如:由于沖擊負(fù)載引起的過電流, 以及因補(bǔ)償電容器合閘而引起的過電壓等, 在變頻器跳閘后, 可以使它自動(dòng)地重新合閘一次或若干次。
4.2.3 變頻器對重合閘的處理
這里所說的對重合閘的處理是指如何決定變頻器在重合閘瞬間的輸出頻率。從根本上說，這取決于重合閘瞬間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降了多少。
瞬時(shí)停電或故障跳閘后，重合閘時(shí)的起始頻率可以由用戶根據(jù)不同的具體情況來決定，主要有以下幾種:
(1) 跳閘后電動(dòng)機(jī)處于自由制動(dòng)狀態(tài)，而拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性又較大者，因?yàn)樵谥睾祥l的間隔時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速下降很少，故重合閘時(shí)可直接按跳閘前的頻率運(yùn)行;
(2) 跳閘后仍按預(yù)置的降速時(shí)間降速，而降速時(shí)間又較長者，因?yàn)樵谥睾祥l的間隔時(shí)間內(nèi)，頻率下降很少，故重合閘時(shí)直接由減速轉(zhuǎn)為加速即可，如圖14(a)所示;

圖14 重合閘時(shí)的起始頻率

(3) 慣性很小, 或減速時(shí)間預(yù)置得很短者, 重合閘時(shí)可從0hz開始起動(dòng)，如圖14(b)所示;
(4) 變頻器自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)速的下降，從而估算出起始頻率，如圖14(c)所示。

5 變頻器的顯示功能
5.1 運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示
5.1.1 功能含義
變頻器在運(yùn)行過程中，可以自行測量各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如頻率(可轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速或線速度)、電流、電壓、功率、負(fù)荷率等，并在顯示屏上顯示其測量結(jié)果。
led顯示屏每次只能顯示一種數(shù)據(jù)，lcd顯示屏則一次可以顯示若干個(gè)數(shù)據(jù)。顯示內(nèi)容可以比較方便地進(jìn)行切換，以便用戶了解運(yùn)行情況。不同變頻器能夠顯示的內(nèi)容不盡一致，顯示內(nèi)容的切換方法也很不相同。
5.1.2 功能舉例
(1) 森蘭sb61系列變頻器
? 直接切換的顯示內(nèi)容
對于六種需要常常查看的數(shù)據(jù)(運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓、pid的目標(biāo)值、pid的反饋值、負(fù)荷率), 其顯示內(nèi)容可通過＞＞鍵直接進(jìn)行切換, 如圖15所示。

圖15 森蘭顯示內(nèi)容切換

?程序切換的顯示內(nèi)容
對于不經(jīng)常查看的運(yùn)行數(shù)據(jù), 須通過功能預(yù)置來切換其顯示內(nèi)容，如表1所示。

(2) 三菱fr-a540系列變頻器
功能碼pr.53用于選擇鍵盤顯示內(nèi)容，其數(shù)據(jù)碼如 表2所示。

表中，前三項(xiàng)顯示內(nèi)容可以在運(yùn)行過程中通過set鍵來進(jìn)行切換，如圖16所示:

圖16 三菱顯示切換

如正在顯示輸出頻率，則:
按set鍵→顯示輸出電流;
再按set鍵→顯示輸出電壓;
再按set鍵→回復(fù)為顯示輸出頻率。
5.2 輸入、輸出端子的狀態(tài)顯示
5.2.1 功能含義
變頻器的顯示屏上可以顯示各輸入控制端和輸出控制端的狀態(tài)(即是否有輸入或輸出的信號(hào)), 以檢驗(yàn)變頻器是否已經(jīng)接受外部的控制信號(hào), 或已經(jīng)發(fā)出相關(guān)的輸出信號(hào)。
各種變頻器的顯示方法差異較大。
5.2.2 功能舉例
(1) 康沃cef-g2系列變頻器
康沃cef-g2系列變頻器只有l(wèi)ed顯示屏，其顯示方法如圖17所示。

圖17 康沃變頻器輸入端子狀態(tài)顯示

如圖17，顯示屏的4位數(shù)字都用七段顯示方式顯示。當(dāng)顯示輸入控制端的狀態(tài)時(shí)，由每位數(shù)字兩側(cè)的顯示段來表示。自左至右，分別表示輸入端子x1、x2、x3、x4、x5、x6、fwd、rev的狀態(tài)。
當(dāng)只有一段發(fā)光時(shí)，說明該端子無信號(hào)輸入;兩段都發(fā)光時(shí)，說明該端子有信號(hào)輸入。
(2) 艾默生td3000系列變頻器
艾默生td3000系列變頻器的端子狀態(tài)雖然也利用led顯示屏來顯示，但它是利用十進(jìn)制數(shù)來表示二進(jìn)制碼各位的狀態(tài)來表示的。
l 二進(jìn)制碼與輸入端子的對應(yīng)關(guān)系
如表3所示。
例如:當(dāng)輸入端子fwd、x2、x5有信號(hào)時(shí)，二進(jìn)制碼為0100010010，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為50，則當(dāng)顯示屏顯示50時(shí)，就說明上述三個(gè)端子有信號(hào)。
又例如，當(dāng)顯示屏顯示39時(shí)，其對應(yīng)的二進(jìn)制碼為0100000111，則說明有信號(hào)的端子為fwd、x1、x2、x3。
l 二進(jìn)制碼與輸出端子的對應(yīng)關(guān)系
如表4所示。

例如，當(dāng)顯示屏顯示11時(shí)，其對應(yīng)的二進(jìn)制碼是1011，則說明端子fr、y2、y1有輸出信號(hào)。
(3) 富士g11s系列變頻器
富士g11s系列變頻器既有l(wèi)ed顯示屏，又有l(wèi)cd顯示屏。其輸入和輸出端子的狀態(tài)是利用lcd顯示屏顯示的，各端子的排列十分清楚，比較直觀，如圖18所示。圖18中，發(fā)光者表示有信號(hào)，不發(fā)光者表示無信號(hào)。

圖18 富士變頻器輸入、輸出端子狀態(tài)顯示

圖18(a)所示是輸入端子的狀態(tài)顯示，圖中狀態(tài)說明fwd和x1端子有輸入信號(hào);
圖18(b)所示是輸出端子的狀態(tài)顯示，圖中狀態(tài)說明y1端子有輸出信號(hào)。
在lcd顯示屏顯示端子狀態(tài)的同時(shí)，led顯示屏繼續(xù)顯示各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。所以，其顯示比較完整和清楚。
5.3 跳閘原因的顯示
變頻器因故障而跳閘后，都會(huì)顯示跳閘原因，以便用戶檢查。
led顯示屏通常用各種特定的代碼來表示跳閘原因;lcd顯示屏則可以直接用文字來表述故障原因。
以康沃cvf-g2系列變頻器為例，故障原因的代碼如表5所示。