變頻器的四大保護功能
說到變頻器的保護功能，當然是圍繞變頻器發(fā)生的一些故障保護，實際應用中，通常指包含變頻器在內的傳動系統(tǒng)的保護功能，比如線路保護、變頻器自身保護、電機保護、機械負載保護等等。
一、變頻器的線路保護
變頻器的線路保護，可以理解成在變頻器發(fā)生短路故障時，變頻器能夠從電網上分離，防止電網問題擴大化，所以會涉及到變頻器的進線開關器件、熔斷器的配置，具體器件的容量的選擇，西門子小功率變頻器的標準配置是刀熔開關加接觸器的形式，大功率的變頻器采用3WL斷路器作為進線保護。
對于進線側的開關熔斷器等，一些設計人員考慮成本問題， 總想盡可能的省去一些東西，其實有些得不償失。
1、 空氣斷路器的響應時間是保護不了變頻器的整流橋的。比如，進線不加快速熔斷器，在變頻器前端配上一個空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進線端子上，實際上這種設計從保護角度是不完善的， 當變頻器直流發(fā)生短路故障時，大電流流經變頻器的整流橋，很容易造成整流側的損壞。
2、 操作空氣開關瞬間，可能發(fā)生拉弧現(xiàn)象。比如，不加進線接觸器，在變頻器前端配上一個空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進線端子上，從安全角度也是存在隱患的，可能對操作工造成傷害，實際上這種設計從操作角度是不方便的，打開變頻器柜門，操作變頻器上電掉電；如果在變頻器的柜門通過按鈕操作接觸器，既方便又安全；另外在變頻器發(fā)生故障時，還能夠自動分斷進線側的接觸器， 防止故障擴大化 。
3、 有關變頻器線路保護，進線側必要的器件不能省去， 盡管說變頻器故障后會封鎖輸出， 但是變頻器前端整流橋、直流回路的有些問題，變頻器自身可能保護不了，從系統(tǒng)保護的可靠性方面分析，開關器件也存在失效的可能，而且各自的功能也不一樣，所以變頻器進線保護器件不能省，不能因小失大。
4、 進線沒有保護損失慘重，血的教訓。
由變頻器本身的條件所限，功率器件的耐壓、電流的限制、工作溫度等等，當變頻器運行過程中達到或者接近變頻器的允許范圍，就會發(fā)出報警或者故障信號，進行預警或者停機保護；變頻器的保護功能很多，這里以更常見保護功能舉例，比如過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等等。
１、 過壓保護（F2）：此功能是為了防止出現(xiàn)直流母線電壓過高，造成電容或者IGBT等器件損壞，變頻器判斷過壓的檢測點在直流母線，以3AC380-480V 交流電壓等級為例， 正常直流母線電壓約為1.35倍的交流進線電壓計算，通常為DC 520V-DC 540V之間，當變頻器所驅動的負載慣量比較大，快速降速時，或者變頻器拖動位能性負載下放時，電機轉子實際轉速高于變頻器輸出給電機的轉速，造成負載反拖電機，電機 處于發(fā)電運行狀態(tài)，機械能轉化為電能，通過變頻器的逆變橋IGBT反并聯(lián)二極管回饋到變頻器的直流母線，由于直流母線的電容容量固定， 隨著回饋能量的增加，直流母線電壓隨之升高，達到一定的限值可能導致器件的損壞，所以此時必須抑制過壓趨勢，比如投入制動單元制動電阻，激活更大直流電壓控制器等等。
２、 欠壓保護（F3）：此功能檢測出變頻器直流母線電壓低于某個值，比如正常1.35倍的交流電壓，如果電壓再低10%，此時變頻器可能發(fā)生欠電壓報警或故障，欠壓故障間接反映的是交流側可能出現(xiàn)了問題，欠壓保護的功能是防止變頻器直流母線電壓過低時，輸出功率受限，功率器件的工作特性發(fā)生變化，控制電壓異常，防止變頻器硬件出現(xiàn)損壞，通常操作也要先停止變頻器輸出，再分斷進線開關，避免人為造成欠電壓故障。
３、 過流保護（F1）：通常變頻器的輸出電流超過變頻器的額定輸出電流某個限制值，通常是變頻器廠家研發(fā)層面的細節(jié)，與IGBT功率器件選型設計裕量有關， 不同廠家，不同功率段也不一樣。變頻器本身的過流保護區(qū)別于電機的過流保護，一般滯后于電機的過流保護。
4 、過熱保護（F4）：變頻器運行過程中，功率器件會發(fā)熱，正常情況下，變頻器的散熱風機能夠使得變頻器發(fā)熱散熱平衡，不至于變頻器報故障，但是當環(huán)境溫度過高，變頻器過載運行，冷卻風機故障、冷卻風道不通暢，也會導致變頻器過熱，極端情況會導致功率器件損壞；通常引發(fā)過熱故障，多數(shù)由于變頻器柜安裝環(huán)境差，風道堵塞所致。
１、 過熱保護（F11）：電機運行過程中，當負載比較重，運行電流長時間超過電機額定電流時， 電機的溫度會升高，如果環(huán)境溫度過高， 也會導致電機溫度升高，如果長時間超過電機的額定溫升，可能導致電機燒毀；通常電機的過熱保護，可以通過軟件方式實現(xiàn)，變頻器根據(jù)電機的運行電流，結合電機的模型，估算電機的發(fā)熱情況，更直接更可靠的方式是在電機繞組中預裝溫度傳感器，根據(jù)傳感器實測溫度，對電機進行保護。
２、 缺相保護（F30015）： 由于變頻器輸出與電機之間的電纜可能出現(xiàn)松動等情況， 導致電機缺相。電機的缺相保護，由變頻器的輸出側霍爾元件測量，當三相電流的不平衡度超過一定限制值，變頻器報電機缺相故障，此時需要檢查電機電纜、變頻器輸出接線端子、電機 接線端子的可靠性。
３、 過流保護（F7801）：電機的過流保護實際上通過變頻器運行中檢測實際輸出電流，當檢測到的實際電流超過，2*電機電流的限制值（2*P640）或者電機額定電流的4倍，取較小的值，電機發(fā)生過流故障保護。
4 、過載保護（F7011）：電機可以瞬時過載運行， 但是有一個過載保護曲線，變頻器根據(jù)電機模型，運行中監(jiān)測電機運行電流，通過 I*I*t的累計，判斷電機是否過載，該功能俗稱電子熱繼電器。
三、機械負載保護（負載監(jiān)控功能）
１、 轉矩保護：當變頻器所驅動的負載重，實際負載轉矩大于某個值時，可能導致機械損壞，變頻器自動控制輸出轉矩，防止過大的輸出扭矩導致機械損壞。
２、 斷帶保護：在變頻器運行中，通過設置正常負載的轉矩窗口比較，當機械負載低于窗口下限值，認為機械傳動機構發(fā)生故障，變頻器停機保護。
四、其它保護功能
變頻器的保護功能很多，要根據(jù)實際情況進行設置，目的使得傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行；通常正確的調試，比如合適的加減速時間、合理設置變頻器的限幅值，也是保障變頻器正常運行的條件， 另外設置轉矩限幅、功率限幅、電流限幅等，也可以減少變頻器的故障發(fā)生。
一、變頻器的線路保護
變頻器的線路保護，可以理解成在變頻器發(fā)生短路故障時，變頻器能夠從電網上分離，防止電網問題擴大化，所以會涉及到變頻器的進線開關器件、熔斷器的配置，具體器件的容量的選擇，西門子小功率變頻器的標準配置是刀熔開關加接觸器的形式，大功率的變頻器采用3WL斷路器作為進線保護。
S120的整流側結構圖
對于進線側的開關熔斷器等，一些設計人員考慮成本問題， 總想盡可能的省去一些東西，其實有些得不償失。
1、 空氣斷路器的響應時間是保護不了變頻器的整流橋的。比如，進線不加快速熔斷器，在變頻器前端配上一個空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進線端子上，實際上這種設計從保護角度是不完善的， 當變頻器直流發(fā)生短路故障時，大電流流經變頻器的整流橋，很容易造成整流側的損壞。
2、 操作空氣開關瞬間，可能發(fā)生拉弧現(xiàn)象。比如，不加進線接觸器，在變頻器前端配上一個空氣斷路器，后邊直接就連接到變頻器的進線端子上，從安全角度也是存在隱患的，可能對操作工造成傷害，實際上這種設計從操作角度是不方便的，打開變頻器柜門，操作變頻器上電掉電；如果在變頻器的柜門通過按鈕操作接觸器，既方便又安全；另外在變頻器發(fā)生故障時，還能夠自動分斷進線側的接觸器， 防止故障擴大化 。
3、 有關變頻器線路保護，進線側必要的器件不能省去， 盡管說變頻器故障后會封鎖輸出， 但是變頻器前端整流橋、直流回路的有些問題，變頻器自身可能保護不了，從系統(tǒng)保護的可靠性方面分析，開關器件也存在失效的可能，而且各自的功能也不一樣，所以變頻器進線保護器件不能省，不能因小失大。
4、 進線沒有保護損失慘重，血的教訓。
由變頻器本身的條件所限，功率器件的耐壓、電流的限制、工作溫度等等，當變頻器運行過程中達到或者接近變頻器的允許范圍，就會發(fā)出報警或者故障信號，進行預警或者停機保護；變頻器的保護功能很多，這里以更常見保護功能舉例，比如過壓、欠壓、過流、過熱、缺相等等。
１、 過壓保護（F2）：此功能是為了防止出現(xiàn)直流母線電壓過高，造成電容或者IGBT等器件損壞，變頻器判斷過壓的檢測點在直流母線，以3AC380-480V 交流電壓等級為例， 正常直流母線電壓約為1.35倍的交流進線電壓計算，通常為DC 520V-DC 540V之間，當變頻器所驅動的負載慣量比較大，快速降速時，或者變頻器拖動位能性負載下放時，電機轉子實際轉速高于變頻器輸出給電機的轉速，造成負載反拖電機，電機 處于發(fā)電運行狀態(tài)，機械能轉化為電能，通過變頻器的逆變橋IGBT反并聯(lián)二極管回饋到變頻器的直流母線，由于直流母線的電容容量固定， 隨著回饋能量的增加，直流母線電壓隨之升高，達到一定的限值可能導致器件的損壞，所以此時必須抑制過壓趨勢，比如投入制動單元制動電阻，激活更大直流電壓控制器等等。
２、 欠壓保護（F3）：此功能檢測出變頻器直流母線電壓低于某個值，比如正常1.35倍的交流電壓，如果電壓再低10%，此時變頻器可能發(fā)生欠電壓報警或故障，欠壓故障間接反映的是交流側可能出現(xiàn)了問題，欠壓保護的功能是防止變頻器直流母線電壓過低時，輸出功率受限，功率器件的工作特性發(fā)生變化，控制電壓異常，防止變頻器硬件出現(xiàn)損壞，通常操作也要先停止變頻器輸出，再分斷進線開關，避免人為造成欠電壓故障。
３、 過流保護（F1）：通常變頻器的輸出電流超過變頻器的額定輸出電流某個限制值，通常是變頻器廠家研發(fā)層面的細節(jié)，與IGBT功率器件選型設計裕量有關， 不同廠家，不同功率段也不一樣。變頻器本身的過流保護區(qū)別于電機的過流保護，一般滯后于電機的過流保護。
4 、過熱保護（F4）：變頻器運行過程中，功率器件會發(fā)熱，正常情況下，變頻器的散熱風機能夠使得變頻器發(fā)熱散熱平衡，不至于變頻器報故障，但是當環(huán)境溫度過高，變頻器過載運行，冷卻風機故障、冷卻風道不通暢，也會導致變頻器過熱，極端情況會導致功率器件損壞；通常引發(fā)過熱故障，多數(shù)由于變頻器柜安裝環(huán)境差，風道堵塞所致。
5 、變頻器輸入缺相（F20）：一般變頻器的輸入缺相不直接測量，通過直流母線電壓的紋波進行判斷，當變頻器負載運行，如果變頻器輸入缺相發(fā)生時，直流母線的紋波加大，對于６脈動整流，導致另外的整流二極管負載加重，可能導致整流橋損壞情況。
１、 過熱保護（F11）：電機運行過程中，當負載比較重，運行電流長時間超過電機額定電流時， 電機的溫度會升高，如果環(huán)境溫度過高， 也會導致電機溫度升高，如果長時間超過電機的額定溫升，可能導致電機燒毀；通常電機的過熱保護，可以通過軟件方式實現(xiàn)，變頻器根據(jù)電機的運行電流，結合電機的模型，估算電機的發(fā)熱情況，更直接更可靠的方式是在電機繞組中預裝溫度傳感器，根據(jù)傳感器實測溫度，對電機進行保護。
２、 缺相保護（F30015）： 由于變頻器輸出與電機之間的電纜可能出現(xiàn)松動等情況， 導致電機缺相。電機的缺相保護，由變頻器的輸出側霍爾元件測量，當三相電流的不平衡度超過一定限制值，變頻器報電機缺相故障，此時需要檢查電機電纜、變頻器輸出接線端子、電機 接線端子的可靠性。
３、 過流保護（F7801）：電機的過流保護實際上通過變頻器運行中檢測實際輸出電流，當檢測到的實際電流超過，2*電機電流的限制值（2*P640）或者電機額定電流的4倍，取較小的值，電機發(fā)生過流故障保護。
4 、過載保護（F7011）：電機可以瞬時過載運行， 但是有一個過載保護曲線，變頻器根據(jù)電機模型，運行中監(jiān)測電機運行電流，通過 I*I*t的累計，判斷電機是否過載，該功能俗稱電子熱繼電器。
三、機械負載保護（負載監(jiān)控功能）
１、 轉矩保護：當變頻器所驅動的負載重，實際負載轉矩大于某個值時，可能導致機械損壞，變頻器自動控制輸出轉矩，防止過大的輸出扭矩導致機械損壞。
２、 斷帶保護：在變頻器運行中，通過設置正常負載的轉矩窗口比較，當機械負載低于窗口下限值，認為機械傳動機構發(fā)生故障，變頻器停機保護。
四、其它保護功能
變頻器的保護功能很多，要根據(jù)實際情況進行設置，目的使得傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行；通常正確的調試，比如合適的加減速時間、合理設置變頻器的限幅值，也是保障變頻器正常運行的條件， 另外設置轉矩限幅、功率限幅、電流限幅等，也可以減少變頻器的故障發(fā)生。
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