臥式釜攪拌調速變頻器的故障分析及解決方法

薛俠鳴

( 中國石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

由于具備優異的調速和起制動性能，較高的效率和功率因數，變頻器得到了廣泛的應用，而正確選配變頻器，在實際工作中也顯得越來越重要。現在的變頻器大多是智能型的，只要按照一定程序設置便可投入運行，但是每個參數均有一定的選擇范圍，在實際工作中往往由于忽略這一點，導致變頻器不能正常投入使用。文章對臥式釜攪拌調速變頻器出現的故障進行了分析和處理，得到了較好的效果。

1 臥式釜攪拌系統及其存在的問題

1.1 攪拌系統控制保護原理

臥式釜攪拌系統控制保護一般采用多級聯鎖方式，以防止設備在冷態時的誤操作，造成攪拌器損壞。當整個熱媒系統加熱到滿足工藝條件的設定溫度時，攪拌機具備開車條件，控制室能夠進行開車操作。在運行中出現溫度小于設定值，或轉矩大于設定值，以及黏度大于設定值的情況時，攪拌主電機將自動停止運行。當出現異常情況導致停車而要恢復開車時，操作人員可根據工藝條件，消除異常報警，重新設定參數。

1.2 攪拌系統調速組成

臥式釜攪拌系統的工藝調速選用變頻器調速，為開環控制方式［1］，具體見圖1。圖1 中Un是變頻器的額定電壓;fn是變頻器的額定頻率;U2是變頻器的輸出電壓;f2是變頻器的輸出頻率;n2是對應時電機的轉速;T 是電機輸出轉矩。

圖1 電機變頻器調速控制方式

臥式釜攪拌主電機選用三相隔爆型異步變頻電機。電機型號為YBSP2 -160M -4，額定功率11 kW，額定電流22.3 A，轉速1 450 r/min，功率因數0.85。變頻器選用6SE6440 -2UD31 -1CA1，與電機額定輸出功率一致。工藝調速控制方式見圖2。

圖2 工藝調速控制方式

1.3 攪拌系統在調試時出現的問題

在投料試開車時，按啟動按鈕，臥式釜攪拌調速變頻器數秒后就出現跳電現象。依據熔體流動理化特性，隨著溫度升高熔體分子流動性變好，熔體動力黏度變低，攪拌電流應該降低。因此采用了兩種方法來解決這一問題:一是提高釜體內熔體溫度，加快熔體流動速度，但結果是電機不能正常運行;二是采用人力盤車，然后再點動按鈕，數秒鐘后變頻器發生跳電，變頻器顯示過電流，反復嘗試啟動其結果相同，仍然不能啟動。

2 問題分析和解決方法

2.1 故障排查

出現電機不能正常啟動的情況后，主要針對過載和過流兩方面進行了排查。

(1)過載故障包括變頻過載和電機過載。排查一，看工作機械有沒有卡住。反應釜減速箱與電機進行離軸試驗，如果變頻器帶電機空載能夠啟動，則可能是加速時間太短，電網電壓太低、負載過重等原因引起的。一般可通過延長加速時間、延長制動時間、檢查電網電壓等措施來解決。排查二，看變頻器與電動機容量是否匹配。把反應釜減速箱與電機聯軸試驗，變頻器帶電機不能啟動。其原因可能是負載過重，所選的電機和變頻器不能拖動該負載，也可能是由于機械潤滑不好引起。如為前者則必須更換大功率的電機和變頻器;如為后者則要對生產機械進行檢修。

(2)過流故障包括短路故障，會導致升(降)速過程跳閘和運行過程中跳閘。排查一，檢查負載側有沒有短路，用兆歐表檢查變頻器輸出電纜以及電機遙測絕緣情況，看是否有短路和接地故障，核對輸入變頻器的電機參數與實際使用的電動機是否一致。排查二，反復調整壓頻比(V/f)，考慮到在低頻運行時，為了能帶動較重的負載，常常需要進行轉矩補償(即提高V/f 比，也叫轉矩提升)。如果電動機的起動轉矩過小，拖動系統轉不起來。排查三，看變頻器功率模塊有沒有損壞，如果斷開負載變頻器還是過流，說明變頻器的逆變電路損壞，應進行修理或更換。

2.2 問題分析

變頻器的設定參數較多，每一個參數均有一定的選擇范圍，尤其在使用中經常遇到因個別參數設置不當，導致變頻器不能正常工作的情況。對于V/f 調速來說，初始電壓可以提升多少，同電機額定電流和定子電阻有關。在低的輸出頻率時，繞組的有效值在保持電動機磁通時是不能被忽略的。

問題分析1:采用改變供電電源頻率f1的調速方法，可以得到很大的調速范圍、很好的調速平滑性和足夠硬度的機械特性。變頻調速時，異步電動機的臨界轉矩(Tmax)的變化情況［2］的表達式為:

式中:U1，定子相電壓;p，電動機的極對數;f1，定子供電頻率;r1，定子每相阻抗;r2，轉子每相阻抗;x1，定子每相漏抗值;，轉子每相漏抗的折算值。已知(x1+)與f1成正比，r1與f1無關。因此，在f1接近額定頻率時，(x1+)隨著f1的減小而減小，Tmax減小得不多，但是，當頻率f1較低時，定、轉子總的漏抗隨之下降，到r1＞x1+=2πf(L1+)時，可令(x1+)≈0 得出低頻，異步電機的Tmax為:

式中:L1，定子靜止時定子一相繞組漏電感;，轉子靜止時轉子一相繞組漏電感。式(2)表明，隨著定子供電頻率f1的降低，2πf(L1+)比較小，r1相對變大。這樣一來，異步電機的最大轉矩也相應減小，可能會出現帶不起負載的現象。

問題分析2:由于是開環控制方式(V/f 控制)，根據V/f 特性曲線(見圖3)，對變頻器的初始電壓進行調整。圖3 中曲線1 是變頻器初始值，曲線2 是經抬高Vn后變頻器的起始值。啟動電流由V/f 特性初始電壓和定子電阻決定，初始電壓是開環設定的，而V/f 控制存在啟動電流不好控制的缺點，設定大了啟動電流太大，設定小了電動機啟動不起來。定子電阻相對值很小，微小的電壓變化會引起大的電流變化，啟動電流控制困難［3］。經測定該電機的堵轉電流平均達到30 A，導致變頻器出現過載保護。

圖3 V/f 使用特性曲線

2.3 解決方法

(1)由于異步電動機功率因數小于1，在同樣輸出功率下用于異步電動機的變頻器容量比同步電動機大10% ～15%［3］，即:實際變頻器容量=所選異步電動機容量×115%，計算結果約為13 kW，原選用的變頻器(6SE6440 -2UD31 -1CA1)容量為11 kW，輸出電流額定值為26 A，容量選配偏小。考慮到該系列變頻器容量規格，11 kW 以上一檔就是15 kW，故選擇1 臺容量為15 kW 的變頻器(6SE6440 -2UD31 -5DA1)，其輸出電流額定值增加到32 A，大于電機堵轉電流30 A，符合實際選擇要求。更換后的變頻器起動正常，電機能夠帶負載運行。

(2)依據經驗估算，變頻器選型滿足條件之一，額定電流與控制電動機額定電流的1.1 ～1.5倍［4］，進行變頻器的容量選配。其經驗估計表達式為:

式中:Ie1為變頻器額定輸出電流，A;Ie2為控制電動機額定電流，A。

當選用15 kW 變頻器容量時，額定輸出電流是32 A，若選用11 kW 的異步電動機，額定電流是22.3A，即它們的比值是1.43 倍，符合經驗估算。實際應用時，應當考慮比值偏大為宜。

3 結語

工藝調速能夠在生產裝置上穩定可靠運轉，合理選配變頻器的容量尤為重要，對于常見的變頻器使用問題可以通過正確的調試予以解決。遇到不能啟動時，可以先排除負載過重，利用經驗估算，檢查電機功率和變頻器的容量是否匹配，如果不匹配，則必須更換更大功率的電機或更高容量的變頻器;如果兩者匹配，則再檢查機械潤滑情況，若機械設備出現問題，則進行相應的設備修理。

［1］ 曹玉泉，尹麗春，姚建紅.變頻調速輸油電機功率因素和頻率負載的關系［J］.天然氣與石油，2003，21(4):46 -49.

［2］ 黃海峰.變頻器與匹配電機的理論分析及應用效果［J］. 船電技術，2000(2):20 -21.

［3］ 馬小亮. 變頻調速典型控制系統［J］. 電氣傳動，2012，42(1):75 -80.

［4］ 楊萬華.使用變頻器時應注意的問題［J］. 電工技術，2006(11):46 -47.