臥式釜攪拌調(diào)速變頻器的故障分析及解決方法

薛俠鳴

( 中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司滌綸部，200540)

由于具備優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，較高的效率和功率因數(shù)，變頻器得到了廣泛的應(yīng)用，而正確選配變頻器，在實(shí)際工作中也顯得越來(lái)越重要?，F(xiàn)在的變頻器大多是智能型的，只要按照一定程序設(shè)置便可投入運(yùn)行，但是每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，在實(shí)際工作中往往由于忽略這一點(diǎn)，導(dǎo)致變頻器不能正常投入使用。文章對(duì)臥式釜攪拌調(diào)速變頻器出現(xiàn)的故障進(jìn)行了分析和處理，得到了較好的效果。

1 臥式釜攪拌系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題

1.1 攪拌系統(tǒng)控制保護(hù)原理

臥式釜攪拌系統(tǒng)控制保護(hù)一般采用多級(jí)聯(lián)鎖方式，以防止設(shè)備在冷態(tài)時(shí)的誤操作，造成攪拌器損壞。當(dāng)整個(gè)熱媒系統(tǒng)加熱到滿(mǎn)足工藝條件的設(shè)定溫度時(shí)，攪拌機(jī)具備開(kāi)車(chē)條件，控制室能夠進(jìn)行開(kāi)車(chē)操作。在運(yùn)行中出現(xiàn)溫度小于設(shè)定值，或轉(zhuǎn)矩大于設(shè)定值，以及黏度大于設(shè)定值的情況時(shí)，攪拌主電機(jī)將自動(dòng)停止運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)異常情況導(dǎo)致停車(chē)而要恢復(fù)開(kāi)車(chē)時(shí)，操作人員可根據(jù)工藝條件，消除異常報(bào)警，重新設(shè)定參數(shù)。

1.2 攪拌系統(tǒng)調(diào)速組成

臥式釜攪拌系統(tǒng)的工藝調(diào)速選用變頻器調(diào)速，為開(kāi)環(huán)控制方式［1］，具體見(jiàn)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(duì)應(yīng)時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;T 是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。

圖1 電機(jī)變頻器調(diào)速控制方式

臥式釜攪拌主電機(jī)選用三相隔爆型異步變頻電機(jī)。電機(jī)型號(hào)為YBSP2 -160M -4，額定功率11 kW，額定電流22.3 A，轉(zhuǎn)速1 450 r/min，功率因數(shù)0.85。變頻器選用6SE6440 -2UD31 -1CA1，與電機(jī)額定輸出功率一致。工藝調(diào)速控制方式見(jiàn)圖2。

圖2 工藝調(diào)速控制方式

1.3 攪拌系統(tǒng)在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題

在投料試開(kāi)車(chē)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕，臥式釜攪拌調(diào)速變頻器數(shù)秒后就出現(xiàn)跳電現(xiàn)象。依據(jù)熔體流動(dòng)理化特性，隨著溫度升高熔體分子流動(dòng)性變好，熔體動(dòng)力黏度變低，攪拌電流應(yīng)該降低。因此采用了兩種方法來(lái)解決這一問(wèn)題:一是提高釜體內(nèi)熔體溫度，加快熔體流動(dòng)速度，但結(jié)果是電機(jī)不能正常運(yùn)行;二是采用人力盤(pán)車(chē)，然后再點(diǎn)動(dòng)按鈕，數(shù)秒鐘后變頻器發(fā)生跳電，變頻器顯示過(guò)電流，反復(fù)嘗試啟動(dòng)其結(jié)果相同，仍然不能啟動(dòng)。

2 問(wèn)題分析和解決方法

2.1 故障排查

出現(xiàn)電機(jī)不能正常啟動(dòng)的情況后，主要針對(duì)過(guò)載和過(guò)流兩方面進(jìn)行了排查。

(1)過(guò)載故障包括變頻過(guò)載和電機(jī)過(guò)載。排查一，看工作機(jī)械有沒(méi)有卡住。反應(yīng)釜減速箱與電機(jī)進(jìn)行離軸試驗(yàn)，如果變頻器帶電機(jī)空載能夠啟動(dòng)，則可能是加速時(shí)間太短，電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過(guò)重等原因引起的。一般可通過(guò)延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等措施來(lái)解決。排查二，看變頻器與電動(dòng)機(jī)容量是否匹配。把反應(yīng)釜減速箱與電機(jī)聯(lián)軸試驗(yàn)，變頻器帶電機(jī)不能啟動(dòng)。其原因可能是負(fù)載過(guò)重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，也可能是由于機(jī)械潤(rùn)滑不好引起。如為前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器;如為后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。

(2)過(guò)流故障包括短路故障，會(huì)導(dǎo)致升(降)速過(guò)程跳閘和運(yùn)行過(guò)程中跳閘。排查一，檢查負(fù)載側(cè)有沒(méi)有短路，用兆歐表檢查變頻器輸出電纜以及電機(jī)遙測(cè)絕緣情況，看是否有短路和接地故障，核對(duì)輸入變頻器的電機(jī)參數(shù)與實(shí)際使用的電動(dòng)機(jī)是否一致。排查二，反復(fù)調(diào)整壓頻比(V/f)，考慮到在低頻運(yùn)行時(shí)，為了能帶動(dòng)較重的負(fù)載，常常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償(即提高V/f 比，也叫轉(zhuǎn)矩提升)。如果電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，拖動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)不起來(lái)。排查三，看變頻器功率模塊有沒(méi)有損壞，如果斷開(kāi)負(fù)載變頻器還是過(guò)流，說(shuō)明變頻器的逆變電路損壞，應(yīng)進(jìn)行修理或更換。

2.2 問(wèn)題分析

變頻器的設(shè)定參數(shù)較多，每一個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，尤其在使用中經(jīng)常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的情況。對(duì)于V/f 調(diào)速來(lái)說(shuō)，初始電壓可以提升多少，同電機(jī)額定電流和定子電阻有關(guān)。在低的輸出頻率時(shí)，繞組的有效值在保持電動(dòng)機(jī)磁通時(shí)是不能被忽略的。

問(wèn)題分析1:采用改變供電電源頻率f1的調(diào)速方法，可以得到很大的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和足夠硬度的機(jī)械特性。變頻調(diào)速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩(Tmax)的變化情況［2］的表達(dá)式為:

式中:U1，定子相電壓;p，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù);f1，定子供電頻率;r1，定子每相阻抗;r2，轉(zhuǎn)子每相阻抗;x1，定子每相漏抗值;，轉(zhuǎn)子每相漏抗的折算值。已知(x1+)與f1成正比，r1與f1無(wú)關(guān)。因此，在f1接近額定頻率時(shí)，(x1+)隨著f1的減小而減小，Tmax減小得不多，但是，當(dāng)頻率f1較低時(shí)，定、轉(zhuǎn)子總的漏抗隨之下降，到r1＞x1+=2πf(L1+)時(shí)，可令(x1+)≈0 得出低頻，異步電機(jī)的Tmax為:

式中:L1，定子靜止時(shí)定子一相繞組漏電感;，轉(zhuǎn)子靜止時(shí)轉(zhuǎn)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(duì)變大。這樣一來(lái)，異步電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，可能會(huì)出現(xiàn)帶不起負(fù)載的現(xiàn)象。

問(wèn)題分析2:由于是開(kāi)環(huán)控制方式(V/f 控制)，根據(jù)V/f 特性曲線(見(jiàn)圖3)，對(duì)變頻器的初始電壓進(jìn)行調(diào)整。圖3 中曲線1 是變頻器初始值，曲線2 是經(jīng)抬高Vn后變頻器的起始值。啟動(dòng)電流由V/f 特性初始電壓和定子電阻決定，初始電壓是開(kāi)環(huán)設(shè)定的，而V/f 控制存在啟動(dòng)電流不好控制的缺點(diǎn)，設(shè)定大了啟動(dòng)電流太大，設(shè)定小了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不起來(lái)。定子電阻相對(duì)值很小，微小的電壓變化會(huì)引起大的電流變化，啟動(dòng)電流控制困難［3］。經(jīng)測(cè)定該電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流平均達(dá)到30 A，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。

圖3 V/f 使用特性曲線

2.3 解決方法

(1)由于異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)小于1，在同樣輸出功率下用于異步電動(dòng)機(jī)的變頻器容量比同步電動(dòng)機(jī)大10% ～15%［3］，即:實(shí)際變頻器容量=所選異步電動(dòng)機(jī)容量×115%，計(jì)算結(jié)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(guī)格，11 kW 以上一檔就是15 kW，故選擇1 臺(tái)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(jī)堵轉(zhuǎn)電流30 A，符合實(shí)際選擇要求。更換后的變頻器起動(dòng)正常，電機(jī)能夠帶負(fù)載運(yùn)行。

(2)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，變頻器選型滿(mǎn)足條件之一，額定電流與控制電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1 ～1.5倍［4］，進(jìn)行變頻器的容量選配。其經(jīng)驗(yàn)估計(jì)表達(dá)式為:

式中:Ie1為變頻器額定輸出電流，A;Ie2為控制電動(dòng)機(jī)額定電流，A。

當(dāng)選用15 kW 變頻器容量時(shí)，額定輸出電流是32 A，若選用11 kW 的異步電動(dòng)機(jī)，額定電流是22.3A，即它們的比值是1.43 倍，符合經(jīng)驗(yàn)估算。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮比值偏大為宜。

3 結(jié)語(yǔ)

工藝調(diào)速能夠在生產(chǎn)裝置上穩(wěn)定可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，合理選配變頻器的容量尤為重要，對(duì)于常見(jiàn)的變頻器使用問(wèn)題可以通過(guò)正確的調(diào)試予以解決。遇到不能啟動(dòng)時(shí)，可以先排除負(fù)載過(guò)重，利用經(jīng)驗(yàn)估算，檢查電機(jī)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(jī)或更高容量的變頻器;如果兩者匹配，則再檢查機(jī)械潤(rùn)滑情況，若機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，則進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備修理。

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

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