Топ-10 причин неисправности ЧРП по сверхтоку

Что такое неисправность ЧРП по сверхтоку?​

Аварийное отключение VFD по сверхтоку - это аварийная защитная реакция, срабатывающая, когда VFD обнаруживает переходный ток, превышающий 150% от номинального значения (длительностью более 300 мкс). При обнаружении сверхтока выходные импульсы IGBT немедленно блокируются - аналогично механизму защиты предохранителей в энергосистемах. При обнаружении этой аномалии (коды неисправностей VFD, например, FU-02; фактические коды должны быть указаны в руководстве по эксплуатации оборудования) трансформатор тока срабатывает в течение 0,1 мс с точностью ±1%, предотвращая перегорание модуля IGBT (температура спая превышает 175°C) или риск карбонизации изоляции двигателя. Такие неисправности VFD, на которые приходится 42% случаев отключения VFD, являются именно теми основными неисправностями, которые можно проактивно предотвратить с помощью оптимизации параметров и аппаратного обнаружения.

Топ-10 распространенных причин неисправности ЧРП по сверхтоку

1. Чрезмерная нагрузка на двигатель

Двигатели с переменным приводом, приводящие в движение высокоинерционные нагрузки (такие как насосы с частотно-регулируемым приводом когда рабочее колесо внезапно сталкивается с заклиниванием или кавитационным гидроударом при вводе в эксплуатацию) испытывает внезапное увеличение механического сопротивления, заставляя выходной крутящий момент превысить предел 150%. Для поддержания заданной скорости VFD будет продолжать увеличивать ток. Если ток превышает 200% от номинального значения и продолжается более 500 мс, неизбежно срабатывает защита VFD от перегрузки по току. К контрольным точкам относятся состояние торможения вентилятора, блокировка проточного тракта корпуса насоса и ненормальный момент трения в системе передачи.

2.Короткие замыкания

Короткие замыкания между фазой и землей на выходе вызывают токи, значительно превышающие номинальные значения (＞1000%), что может привести к взрыву компонентов VFD (IGBT/конденсаторов) и мгновенному срабатыванию кодов неисправности VFD - самому серьезному типу неисправности VFD.

3.Неправильные настройки ЧРП

Если время разгона слишком мало (180%, компоненты VFD (такие как IGBT/блок контроля) будут неправильно оценивать характеристики нагрузки, что приведет к частому срабатыванию VFD-приводов от перегрузки по току.

4.Проблемы с двигателем или кабелем

Межвитковое замыкание обмотки двигателя с переменной частотой (эквивалентное сопротивление уменьшается в 20 раз) или старение изоляции электрического кабеля VFD (утечка на землю > 5 мА), что приводит к искажению формы волны тока (THD > 25%) и трехфазному дисбалансу > 5%, непосредственно вызывая неисправность VFD.

5.Проблемы с качеством электроэнергии

Когда гармоники VFD (>30% THDi) загрязняют электросеть, возникает искажение выборки трансформатора тока (отклонение >15%). В этот момент, если произойдет резкий скачок напряжения VFD (>6 кВ/3 кА) и задержка срабатывания защиты VFD от перенапряжения составит >10 мкс, это приведет к выходу из строя модуля IGBT, что приведет к короткому замыканию шины постоянного тока. Для систем VFD в Применение в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха При частых циклах "старт-стоп" падение напряжения более 15% может привести к компенсационному скачку выходного тока более 200%, что напрямую вызовет неисправность ЧРП по сверхтоку.

6.Внутренний отказ ЧРП

Компоненты VFD Аппаратное повреждение (например, пробой затвора IGBT, увеличение ESR конденсатора постоянного тока > 50% или дрейф нуля трансформатора тока) приводит к тому, что компоненты VFD выдают аномальное увеличение тока - искажение сигнала платы привода вызывает внезапное увеличение фазного тока > 200%. Эта нелинейная неисправность заставляет срабатывать защиту от сверхтоков даже при нормальной механической нагрузке ЧРП.

7.Замедление нагрузки

Приводы с регулируемой скоростью (ПРС) могут испытывать резкое замедление (например, когда заслонка центробежного вентилятора внезапно закрывается). Во время такого замедления двигатель VSD переходит в режим генератора из-за инерции, что приводит к возврату рекуперативной энергии в систему и вызывает скачок напряжения шины постоянного тока выше 120%. Это вынуждает IGBT на стороне инвертора выдерживать скачки обратного тока, вызывая перегрузку VSD по току. Типичные сценарии: свободное падение подъемного механизма, аварийное торможение конвейерной линии (при недостаточной мощности тормозного резистора).

8.Скачок входной мощности

Удары молнии или переключение сети могут вызвать скачок напряжения VFD (＞130% от номинального напряжения), приводящий к перенапряжению конденсатора шины постоянного тока в преобразователе частоты, что приводит к неконтролируемой проводимости заряда затвора IGBT и мгновенному превышению тока ＞180%. Если время срабатывания защиты от перенапряжения VFD составляет ＞100 мкс, срабатывает защита от перегрузки по току.

9.Быстрые изменения нагрузки

Когда частотно-регулируемые приводы сталкиваются с засором в питателе или конвейере смесителя, крутящий момент нагрузки внезапно увеличивается более чем на 150% в течение 0,2 секунды. Цикл регулировки 10 мс управления двигателем частотно-регулируемого привода не может отреагировать мгновенно, заставляя ток превысить пороговое значение 200%. Если время перегрузки двигателя ЧРП менее 5 мс (например, двигателя с постоянными магнитами), это вызовет ошибку перегрузки по току ЧРП.

10.Вопросы заземления

Если сопротивление заземления превышает 5 Ом или линия заземления подключена слабо, ток утечки (＞50 мА), вызванный замыканием на землю vfd, не может быть эффективно разряжен. Система управления может ошибочно воспринять его как короткое замыкание со стороны нагрузки. Этот ложный ток, добавленный к фактическому рабочему току, может превысить 150% от номинального значения и напрямую вызвать сбой по току vfd.

Шаги по устранению неполадок:

1.Осмотр груза

Проверьте, не заклинило ли крыльчатку (крутящий момент холостого хода > 15% от номинального значения) в водяном насосе VFD или не перегружен ли двигатель переменной частоты (ток > 110% и длительность > 10 секунд). Запишите кривую тока на этапах запуска и выключения - если в течение 0,5 секунды происходит резкое увеличение тока до 150%, сопровождающееся механической вибрацией (более 4 мм/с), это подтверждает, что причиной перегрузки VFD является нарушение механической нагрузки.

2.Просмотр настроек ЧРП​

При выполнении Поиск и устранение неисправностей привода VFD, Проверьте следующее:

• Основные параметры управления ЧРП:
  • Время ускорения (≥ постоянная времени инерции двигателя × 3)
  • Ограничение тока (110%-150% FLA)
• Совместимость управления двигателем с частотно-регулируемым приводом:
  • Несущая частота (8-12 кГц, чтобы избежать резонанса)
  • Значение FLA двигателя (сравните с заводской табличкой ±5%)
• Ненормальные сигналы при настройке ЧРП:
  • Колебания выходной частоты > ±2 Гц
  • Колебания шины постоянного тока > ±15%
  • Несоответствие параметров может привести к неконтролируемым скачкам тока. Необходим контроль характеристик отслеживания напряжения/тока в реальном времени (сигнализация срабатывает, если отклонение превышает 10%).

3.Осмотрите двигатель и кабели

Проверьте отклонение сопротивления между фазами обмоток двигателя VFD (＞±2%) и изоляции кабеля (мегаомметр ≥5MΩ). Ослабленные электрические клеммы VFD (сопротивление контактов ＞10mΩ) или повреждение изоляции приводят к появлению тока утечки ＞50mA. Нарушение экранирующего слоя в кабеле VFD может вызвать высокочастотные помехи и спровоцировать срабатывание защиты от сверхтоков. Эта скрытая проблема должна быть выявлена путем сканирования отклонения резонансной частоты (＞±5 кГц) с помощью LCR-метра. В случае глубоких повреждений, таких как межвитковое замыкание, необходимо провести профессиональный ремонт частотно-регулируемого привода.

4.Тест на шорты

Проведите трехступенчатую проверку:

• Отключите питание и проверьте наличие электричества → С помощью мультиметра измерьте сопротивление между фазами U/V/W (разница >±1% является ненормальной)
• Используйте мегаомметр для проверки → Измерьте сопротивление между фазной линией и землей (значение <1MΩ указывает на замыкание на землю).
• Отключите и проверьте → Изолируйте компоненты VFD (сопротивление модуля IGBT < 10 Ом указывает на пробой). Если обнаружено короткое замыкание, следуйте блок-схеме поиска неисправностей VFD, чтобы заменить поврежденные компоненты. Короткие замыкания между фазами должны сообщать коды неисправностей VFD, на них приходится 33% всех неисправностей VFD, особенно неисправности VFD, связанные с перегрузкой по току, которые требуют приоритетного внимания для устранения этого риска.

5.Напряжение монитора

Зафиксируйте с помощью осциллографа переходные процессы на входе, такие как скачки напряжения VFD (>130% в пике) или падения (<80% в течение 100 мс). Такие колебания заставляют инвертор VFD увеличивать мощность компенсации тока, вызывая перегрузку по току.

Синхронное обнаружение:

• Являются ли гармоники ЧРП >20% (искажение выборки тока)?
• Срабатывает ли защита ЧРП от перенапряжения ±15% предупреждают об аномалиях в сети.

Процесс устранения неполадок:

6.Тестируйте компоненты по отдельности

Отключите VFD двигателя переменного тока от нагрузки и подключите резистивную нагрузку, чтобы имитировать работу VFD для вытяжного вентилятора (например, питание 30%). Если перегрузка по току исчезнет, источник неисправности находится на механической стороне; в противном случае разберите машину, чтобы проверить компоненты VFD:

• IGBT-модуль (с помощью мультиметра измерьте сопротивление клеммы C-E; если оно <10Ω, модуль вышел из строя)
• Оптопара платы драйвера (если задержка превышает 3 мкс, требуется замена)
• Конденсатор постоянного тока (если ESR превышает 200% от номинального значения, он считается неисправным)
• Серьезные повреждения требуют ремонта привода VFD и замены силового агрегата.

7.Внутренний осмотр ЧРП

Если температура окружающей среды превышает 40°C, ЧРП в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должен быть уменьшен на 15%, чтобы недостаточный теплоотвод не привел к срабатыванию защиты от сверхтоков. Источники электромагнитных помех (например, наводки от соседних ЧРП в диапазоне частот от 30 МГц до 500 МГц) могут вызывать ложные срабатывания, что требует установки фильтра радиопомех (с вносимыми потерями более 40 дБ). Если сопротивление замкнутой сети заземления превышает 5 Ом (избегайте последовательного заземления), блуждающие токи могут вызывать аномальные токи обнаружения, превышающие 100 мА. Такие внешние факторы являются причиной 18% случаев перегрузки по току ЧРП.

Заключение - Предотвращение сверхтоковых замыканий в системах ЧРП

Предотвращение и контроль сверхтоковых повреждений ЧРП требует многомерной координации: разумной настройки параметров динамического реагирования, систематического выполнения Техническое обслуживание ЧРП (регулярный осмотр ключевых компонентов и условий охлаждения) и мониторинг аномальных тенденций тока в реальном времени в сочетании с углубленным анализом кодов неисправностей ЧРП посредством их устранения позволяют значительно снизить частоту отказов. Суть заключается в предиктивном обслуживании компонентов ЧРП и точной адаптации к характеристикам нагрузки, что позволяет удерживать риски перегрузки по току в пределах промышленных стандартов безопасности.