卧式釜搅拌调速变频器的故障分析及解决方法

薛侠鸣

( 中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶部，200540)

由于具备优异的调速和起制动性能，较高的效率和功率因数，变频器得到了广泛的应用，而正确选配变频器，在实际工作中也显得越来越重要。现在的变频器大多是智能型的，只要按照一定程序设置便可投入运行，但是每个参数均有一定的选择范围，在实际工作中往往由于忽略这一点，导致变频器不能正常投入使用。文章对卧式釜搅拌调速变频器出现的故障进行了分析和处理，得到了较好的效果。

1 卧式釜搅拌系统及其存在的问题

1.1 搅拌系统控制保护原理

卧式釜搅拌系统控制保护一般采用多级联锁方式，以防止设备在冷态时的误操作，造成搅拌器损坏。当整个热媒系统加热到满足工艺条件的设定温度时，搅拌机具备开车条件，控制室能够进行开车操作。在运行中出现温度小于设定值，或转矩大于设定值，以及黏度大于设定值的情况时，搅拌主电机将自动停止运行。当出现异常情况导致停车而要恢复开车时，操作人员可根据工艺条件，消除异常报警，重新设定参数。

1.2 搅拌系统调速组成

卧式釜搅拌系统的工艺调速选用变频器调速，为开环控制方式［1］，具体见图1。图1 中Un是变频器的额定电压;fn是变频器的额定频率;U2是变频器的输出电压;f2是变频器的输出频率;n2是对应时电机的转速;T 是电机输出转矩。

图1 电机变频器调速控制方式

卧式釜搅拌主电机选用三相隔爆型异步变频电机。电机型号为YBSP2 -160M -4，额定功率11 kW，额定电流22.3 A，转速1 450 r/min，功率因数0.85。变频器选用6SE6440 -2UD31 -1CA1，与电机额定输出功率一致。工艺调速控制方式见图2。

图2 工艺调速控制方式

1.3 搅拌系统在调试时出现的问题

在投料试开车时，按启动按钮，卧式釜搅拌调速变频器数秒后就出现跳电现象。依据熔体流动理化特性，随着温度升高熔体分子流动性变好，熔体动力黏度变低，搅拌电流应该降低。因此采用了两种方法来解决这一问题:一是提高釜体内熔体温度，加快熔体流动速度，但结果是电机不能正常运行;二是采用人力盘车，然后再点动按钮，数秒钟后变频器发生跳电，变频器显示过电流，反复尝试启动其结果相同，仍然不能启动。

2 问题分析和解决方法

2.1 故障排查

出现电机不能正常启动的情况后，主要针对过载和过流两方面进行了排查。

(1)过载故障包括变频过载和电机过载。排查一，看工作机械有没有卡住。反应釜减速箱与电机进行离轴试验，如果变频器带电机空载能够启动，则可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等措施来解决。排查二，看变频器与电动机容量是否匹配。把反应釜减速箱与电机联轴试验，变频器带电机不能启动。其原因可能是负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如为前者则必须更换大功率的电机和变频器;如为后者则要对生产机械进行检修。

(2)过流故障包括短路故障，会导致升(降)速过程跳闸和运行过程中跳闸。排查一，检查负载侧有没有短路，用兆欧表检查变频器输出电缆以及电机遥测绝缘情况，看是否有短路和接地故障，核对输入变频器的电机参数与实际使用的电动机是否一致。排查二，反复调整压频比(V/f)，考虑到在低频运行时，为了能带动较重的负载，常常需要进行转矩补偿(即提高V/f 比，也叫转矩提升)。如果电动机的起动转矩过小，拖动系统转不起来。排查三，看变频器功率模块有没有损坏，如果断开负载变频器还是过流，说明变频器的逆变电路损坏，应进行修理或更换。

2.2 问题分析

变频器的设定参数较多，每一个参数均有一定的选择范围，尤其在使用中经常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的情况。对于V/f 调速来说，初始电压可以提升多少，同电机额定电流和定子电阻有关。在低的输出频率时，绕组的有效值在保持电动机磁通时是不能被忽略的。

问题分析1:采用改变供电电源频率f1的调速方法，可以得到很大的调速范围、很好的调速平滑性和足够硬度的机械特性。变频调速时，异步电动机的临界转矩(Tmax)的变化情况［2］的表达式为:

式中:U1，定子相电压;p，电动机的极对数;f1，定子供电频率;r1，定子每相阻抗;r2，转子每相阻抗;x1，定子每相漏抗值;，转子每相漏抗的折算值。已知(x1+)与f1成正比，r1与f1无关。因此，在f1接近额定频率时，(x1+)随着f1的减小而减小，Tmax减小得不多，但是，当频率f1较低时，定、转子总的漏抗随之下降，到r1＞x1+=2πf(L1+)时，可令(x1+)≈0 得出低频，异步电机的Tmax为:

式中:L1，定子静止时定子一相绕组漏电感;，转子静止时转子一相绕组漏电感。式(2)表明，随着定子供电频率f1的降低，2πf(L1+)比较小，r1相对变大。这样一来，异步电机的最大转矩也相应减小，可能会出现带不起负载的现象。

问题分析2:由于是开环控制方式(V/f 控制)，根据V/f 特性曲线(见图3)，对变频器的初始电压进行调整。图3 中曲线1 是变频器初始值，曲线2 是经抬高Vn后变频器的起始值。启动电流由V/f 特性初始电压和定子电阻决定，初始电压是开环设定的，而V/f 控制存在启动电流不好控制的缺点，设定大了启动电流太大，设定小了电动机启动不起来。定子电阻相对值很小，微小的电压变化会引起大的电流变化，启动电流控制困难［3］。经测定该电机的堵转电流平均达到30 A，导致变频器出现过载保护。

图3 V/f 使用特性曲线

2.3 解决方法

(1)由于异步电动机功率因数小于1，在同样输出功率下用于异步电动机的变频器容量比同步电动机大10% ～15%［3］，即:实际变频器容量=所选异步电动机容量×115%，计算结果约为13 kW，原选用的变频器(6SE6440 -2UD31 -1CA1)容量为11 kW，输出电流额定值为26 A，容量选配偏小。考虑到该系列变频器容量规格，11 kW 以上一档就是15 kW，故选择1 台容量为15 kW 的变频器(6SE6440 -2UD31 -5DA1)，其输出电流额定值增加到32 A，大于电机堵转电流30 A，符合实际选择要求。更换后的变频器起动正常，电机能够带负载运行。

(2)依据经验估算，变频器选型满足条件之一，额定电流与控制电动机额定电流的1.1 ～1.5倍［4］，进行变频器的容量选配。其经验估计表达式为:

式中:Ie1为变频器额定输出电流，A;Ie2为控制电动机额定电流，A。

当选用15 kW 变频器容量时，额定输出电流是32 A，若选用11 kW 的异步电动机，额定电流是22.3A，即它们的比值是1.43 倍，符合经验估算。实际应用时，应当考虑比值偏大为宜。

3 结语

工艺调速能够在生产装置上稳定可靠运转，合理选配变频器的容量尤为重要，对于常见的变频器使用问题可以通过正确的调试予以解决。遇到不能启动时，可以先排除负载过重，利用经验估算，检查电机功率和变频器的容量是否匹配，如果不匹配，则必须更换更大功率的电机或更高容量的变频器;如果两者匹配，则再检查机械润滑情况，若机械设备出现问题，则进行相应的设备修理。

［1］ 曹玉泉，尹丽春，姚建红.变频调速输油电机功率因素和频率负载的关系［J］.天然气与石油，2003，21(4):46 -49.

［2］ 黄海峰.变频器与匹配电机的理论分析及应用效果［J］. 船电技术，2000(2):20 -21.

［3］ 马小亮. 变频调速典型控制系统［J］. 电气传动，2012，42(1):75 -80.

［4］ 杨万华.使用变频器时应注意的问题［J］. 电工技术，2006(11):46 -47.