變頻器熱模型故障淺析及改進

胡偉嘉

摘要：針對Control Techniques電控系統SP系列變頻器在岸橋使用中頻繁出現o.ht1過溫故障原因進行分析及處理措施，在對今后出現類似故障具有指導和借鑒意義。

關鍵詞：港口;SPMD1404變頻器;通風冷卻系統;過溫警報

0 ?引言

我司兩部設備變頻器電控系統為Control Techniques公司生產SPMD1404系列變頻器。該系列在集裝箱碼頭設備上使用較少，在維護保養上可借鑒交流的范圍有限。起升機構采用雙電機主從控制，主從電機分別配備4臺SPMD1404系列變頻器。三相異步電機功率560kW，電流883A，變頻器功率：160kW，電壓：400V。近年來隨著集裝箱船舶大型化，雙箱60噸左右數量增多，導致兩部岸橋設備在連續60噸左右作業中會出現O.ht1故障，影響作業效率，存在安全隱患。為此進行系統深入分析與總結，提出判斷及處理方法，以保證快速有效地排除故障。

1 ?O.ht1功率單元過溫及影響因素

O.ht1跳閘表明IGBT結溫過高，IGBT結溫基于熱模型。利用驅動器輸出電流（Pr4.01）和載波頻率（Pr5.18），根據散熱器溫度和瞬時溫度降估算IGBT結溫。估計的結溫顯示在Pr7.34中。如果接超過135℃，則在可能的情況下降低載波頻率，啟動該模式將Pr5.35設置為0。降低載波頻率可以降低IGBT損耗，從而降低IGBT結溫，如果溫度超過145℃，并且不能降低載波頻率，驅動器將會出現O.ht1故障。

影響因素：

①檢查Pr5.35=0，允許載頻自調。

②降低驅動器載波頻率（該設備載波頻率已經設置最低）。

③優化驅動器參數及程序，當IGBT結溫過高時，根據輸出頻率調整載波頻率。

④檢查IGBT散熱器風扇工作是否正常。

⑤減低負載循環。

⑥檢查Pr6.46=On，確保散熱器風扇全速運行。

⑦檢查外部通風系統是否正常。

⑧檢查外部過濾裝置是否正常，是否堵塞。

⑨增加附件通風。

⑩增加加速/減速時間。

{11}減低電機負載。

{12}條件允許下更換大功率驅動器。

2 ?改進措施及效果

綜合分析各方面的因素并進行了以下4方面的檢查及處理：

①清理散熱通道，更換散熱器，并增加外置散熱器。

②原機滿載加減速時間分別為3.6/2.2，延長至4.8/2.2〔減速未更改〕。

③該橋吊起升機構采用雙電機主從控制，起升2為主單元，起升1為從單元。

④起升2報該故障，但是起升1未出現，檢查發現起升2 IGBT結溫檢測最高值在150度浮動，設置故障值145度，起升1結溫在110度浮動，因此起升2出現過溫故障，起升1未出現。通過監控電流參數發現在無動作時兩機構電流值為0A，空載最大電流在300A上下浮動相差在50A之內，55T重載相差200A。重載電流不一致存在異?，F象，發現兩機構4.05最大電流標定不一致分別為119.5和175，調整參數為175，兩機構電流值接近平衡。

改進后效果：

經過以上4方面的處理IGBT結溫明顯下降，在100度上下浮動，O.ht1故障出現頻率下降，在吊重50T以上且掛鉤到船艙時該故障較容易出現。

3 ?驅動器選型校驗

吊具及上架 ? LS=16.3t

起升速度

滿載上升 ?V1=90m/min ? 滿載下降 ?V2=90m/min

空載 ? ? ? ?V3=180m/min

加速度時間

滿載加速 ?t1=3.6s

滿載減速 ?t2=2.2s

空載加速 ?t3=4.5s ? ? ? ? ? ?空載減速 ?t4=2.8s

3.1 電機型號

電機額定功率 560kW

電機額定過載系數 ?p0=180%

電機轉速滿載 ?n1=800rpm

空載n2=1800rpm

電機轉動慣量 ?GR21=3.2kg*m2

電機數 z=2

制動器，聯軸節轉動慣量 ?GR22=2.96kg*m2

總轉動慣量 ?GR2=13.55kg*m2

效率 u=0.92

3.2 功率計算

滿載功率：

運行上升功率

N11=（LL+LS）*9.8*（V1/60）/u=1235.12kW

運行下降功率

N12=（LL+LS）*9.8*（V2/60）*u=-1045.41kW

上升加速功率

N13=（LL+LS）*（V1/60）2/（t1*u）=55.51kW

上升減速功率

N14=（LL+LS）*（V1/60）2/（t2*u）=-85.93kW

下降加速功率

N15=（LL+LS）*（V2/60）2*u/t1=44.75kW

下降減速功率

N16=（LL+LS）*（V2/60）2*u/t2=-72.73kW

電機加速功率

N17=GR2*（2*3.14*n1/60）2/（1000*t1）=26.37kW

電機減速功率

N18=GR2*（2*3.14*n1/60）2/（1000*t2）=-39.55kW

4 ?結論

通過表1計算分析得出機械所需總功率為1317kW，而起升1及起升2功率總共1280kW，達不到設計要求，需要延長設備滿載加減速時間，調整為4.8s，總功率約為1280，因此該設備無法長時間滿載運行。O.ht1故障主要由電流值計算的過溫報警，現場只報O.ht1且變頻器無過流故障，說明尚未達到變頻器極限電流，但是已超出變頻器過載能力。經過參數優化及硬件上維護處理該故障已經得到明顯改善，由于變頻器容量選型保守在作業環境較惡劣，例如吊具掛艙或需長時間持箱運行時容易出現該故障，為滿足集裝箱船舶大型化發展趨勢需要，建議更換更大功率變頻器，我司已按計劃陸續進行電控改造。

參考文獻：

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[3]張家明，張利軍.一種基于ARM + CPLD的三相無刷直流電機模型參考自適應PI調速控制系統[J].動力系統與控制，2017，7（01）：39-51.