ACS800變頻器控制回路故障處理及原因分析

新疆獨山子石化公司　李衛(wèi)平　趙吉金　劉智強　董益江

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ACS800變頻器控制回路故障處理及原因分析

新疆獨山子石化公司李衛(wèi)平趙吉金劉智強董益江

【摘要】隨著企業(yè)對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低設(shè)備故障的要求不斷提高，ABB變頻器ACS800作為生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備，其平穩(wěn)運行對生產(chǎn)尤為重要。本文結(jié)合兩起切粒機停機故障進行深入分析，旨在提供多種解題思路，確保此類設(shè)備的安穩(wěn)運行。

【關(guān)鍵詞】ACS800；變頻器；切粒機；電動機；晃電

1　引言

石化企業(yè)是連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)，電動機做為工藝生產(chǎn)線的動力來源，其安全平穩(wěn)運行對石化企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)至關(guān)重要。ACS800變頻器采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，能夠使普通異步電動機達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速控制精度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和極大的調(diào)速范圍，故某化工廠一裝置兩條生產(chǎn)線的切粒機調(diào)速均選用ACS 800變頻器控制。切粒機與擠壓主機、齒輪泵均有聯(lián)鎖。如果切粒機發(fā)生故障跳閘，則擠壓主機和齒輪泵將聯(lián)鎖跳閘，將導(dǎo)致整個造粒系統(tǒng)停工，造成很大的經(jīng)濟損失。本文通過兩起停機故障及原因分析，總結(jié)出ACS800變頻器常見的故障及維修思路，從而保障了設(shè)備的正常運行。

2　ACS800變頻器基本控制原理

ACS800控制原理如圖1所示：上級電源送電后，將旋轉(zhuǎn)開關(guān)S11打至“啟動”位，此時接觸器-K13線圈得電，-K13節(jié)點閉合使ACS800主接觸器K1得電，且使 K1自保持，此時ACS800變頻器本體柜啟動完成。旋轉(zhuǎn)開關(guān)S11打至“啟動”位松開后，S11自動回到“自動”位，此時S11的節(jié)點（1、2）仍閉合，節(jié)點（3、4）斷開。

圖1中時間繼電器-K14和-K13.1用于實現(xiàn)變頻器的抗晃電功能。ACS800變頻器本柜控制電源送上后，-K14即得電，此時-K14節(jié)點（15、16）斷開并保持。ACS800變頻器本柜啟動完成后，斷電延時繼電器-K13.1線圈得電，此時-K13.1節(jié)點（15、18）閉合并一直持續(xù)。如果電網(wǎng)發(fā)生晃電，失電期間，控制回路中K14線圈失電，此時-K14節(jié)點（15、16）瞬時閉合。而此時-K13.1節(jié)點（15、18）因線圈失電而延時打開。如果在-K13.1的設(shè)定時間內(nèi)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，-K14節(jié)點（15、16）延時打開，此時控制回路還處于接通狀態(tài)，切粒機主接觸器將重新得電重啟動。

圖1　ACS800變頻器控制原理圖

3　ACS800變頻器故障分析

3.1發(fā)生晃電后ACS800變頻器未能實現(xiàn)自啟動功能

某日供電系統(tǒng)發(fā)生短時電網(wǎng)波動，該切粒機變頻器掉電后無法實現(xiàn)自啟動功能。檢查變頻器控制面板上無報警信號，排除聯(lián)鎖因素。手動啟動變頻器正常，說明控制回路正常。對照電路圖檢查再啟動時間繼電器-K14、-K13.1時間設(shè)定也無誤。檢查時間繼電器-K14時，發(fā)現(xiàn)-K14的動作電壓值較低，在額定電壓60%以下，電網(wǎng)波動時電壓降至65%左右后又恢復(fù)。此時，時間繼電器線圈上的電壓高于其返回電壓值，繼電器仍處于吸合狀態(tài)，使常閉節(jié)點-K14(15、16)一直打開，在啟動回路中形成斷點，無法實現(xiàn)再起動。維護人員更換時間繼電器后抗晃電功能正常。更換前須對-K14繼電器的返回系數(shù)進行校驗，以滿足其抗晃電需求。

異步電動機的轉(zhuǎn)矩M*e與其端電壓U*的平方成正比。隨著電壓下降，電動機轉(zhuǎn)矩急劇下降。當(dāng)U*下降至0.7時，其最大轉(zhuǎn)矩M*emax相應(yīng)變?yōu)?0.7)2×2 ＜1。若電動機所拖動的機械為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即M*m＝1，則此時剩余轉(zhuǎn)矩已變?yōu)樨?fù)值，電動機受到制動而減速，進入不穩(wěn)定運行區(qū)，最終停轉(zhuǎn)。

異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩M*emax與電動機的型式和種類有關(guān)，約為1.8～2.4，所以臨界電壓U*cr為額定電壓的0.64～0.75倍，即當(dāng)電壓下降到額定值的64%～75%時電動機就開始惰行。一般規(guī)定由低壓母線單獨供電電動機自啟動時電壓應(yīng)不低于額定電壓的60%。所以切粒機主機電壓低于額定電壓的60%時將不允許再啟動。為避免系統(tǒng)電壓低于臨界值時切粒機自啟動，時間繼電器-K14的返回值必須大于母線電壓的60%才能實現(xiàn)抗晃電功能。

據(jù)測算，電網(wǎng)電壓每降低20%，電動機轉(zhuǎn)動力矩減少約36%，電流增加約20%～25%，電動機的溫度不斷升高，將影響其安全運行。為避免切粒機在低電壓狀態(tài)下運行，將主回路接觸器-K1的啟動電壓按大于母線電壓80%的值設(shè)定。

圖2　改造前的切粒機控制圖

3.2盤頂風(fēng)機故障引起切粒機變頻器跳閘

變頻器風(fēng)扇是保證變頻器能正常工作的關(guān)鍵的輔助設(shè)備，ACS800變頻器柜內(nèi)有兩個風(fēng)扇，其中盤頂風(fēng)扇往外抽風(fēng)，起到冷卻柜內(nèi)空氣的作用。變頻器模塊風(fēng)扇向內(nèi)吸風(fēng)，冷卻變頻器模塊。

某日變頻器盤頂風(fēng)扇故障使電源總空開跳閘，導(dǎo)致整個變頻器失去控制電源，造成變頻器柜跳閘，擠壓主機聯(lián)鎖停機。

變頻器風(fēng)扇及其啟動電容器都屬于易損元件，長期運行極易損壞。為避免此類事故再次發(fā)生，維護人員除加強風(fēng)扇及其啟動電容器的巡檢力度外，還對變頻器盤頂風(fēng)扇的電源回路進行改造。原回路中ACS800變頻器柜頂風(fēng)扇電源與控制回路電源使用同一開關(guān)，風(fēng)扇故障將導(dǎo)致控制電源空開F11跳閘，變頻器停機。控制回路改造如圖2所示。

圖3　改造后的切粒機控制圖

具體改造過程是將盤頂風(fēng)扇電源與控制總電源分開。盤頂風(fēng)扇電源從控制總電源開關(guān)F11上端取電，加裝單獨的空開F12（F12的額定電流要小于F11的額定電流，以防止風(fēng)扇故障時開關(guān)越級跳閘），由F12單獨控制盤頂風(fēng)扇。即使風(fēng)扇故障跳閘，也不會影響變頻器控制總電源供電，以防事故擴大。

為方便維護人員在巡檢時岔開風(fēng)機的運行情況。在加裝開關(guān)時，F(xiàn)12選用有輔助節(jié)點的空開，將F12的常閉輔助觸點（11、12）接到ACS800變頻器數(shù)字輸入繼電器，再由控制面板顯示F12的開斷狀態(tài)，以達(dá)到監(jiān)視盤頂風(fēng)扇運行狀況的目的。

4　結(jié)束語

通過不斷的實踐和總結(jié)，逐步加強對ACS800變頻器的深入了解，尤其通過分析和處理變頻器的故障，不僅節(jié)約了資金，降低了維修成本，而且大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，從而保障了設(shè)備的穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1]周勇.變頻器的維護與使用[J].采礦技術(shù),2006(4).

[2]ACS800變頻器硬件手冊.