技术 | 高温风机变频器自动降频分析

某公司#3窑高温风机高压变频设备于2007年3月投入使用，连续运行超过12年，由于设备功率单元器件、电路板件等老化严重，故障率升高，对生产造成严重影响；同时老版本功率单元及板件均已停产，一旦出现故障修复极为困难。公司于2020年底对高温风机变频器进行升级改造，保留原变频干式变压器，对所有功率单元及控制系统进行升级改造，改造后效果良好，主要问题是在变频器调速超过850r/min过程中出现自动降频，电机电流132A，未超额定值(144A)无法满足工况要求。

#3窑高温风机变频器及电机基本参数见表1，2。

开机后，高温风机运行超过850r/min后变频器振荡限流，无法满足现场生产需要。监控VF模式下变频器运行情况，850r/min以下运行正常，给定880r/min后变频器开始自动降频运行。

根据以上情况分析：现场窑产量额定2000t/d，实际运行到2600W，电机超负荷运行。异步机通用模式的控制方式为V/F曲线恒转矩控制，转矩无法自动调节，负荷过大与负压波动引起输出电流振荡，力矩达到保护值(变频设定保护值为6000N·m)后变频器自动降频。

对于常规的VF控制，电机的电压随着电机速度的降低而相对增加，导致励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频需要通过提高电压来补偿电机速度降低引起的电压降，这叫转矩提升。转矩提升是提高变频器的输出电压，然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流对应提高，因为电机电流和电机产生了转矩分量和励磁分量。因此必须引入矢量控制，把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和励磁分量的数值。矢量控制可以通过电机端的电压降低响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产生大的转矩，解决变频保护降频问题，同时也改善了电机低速时的温升。

转矩提升增加变频器的输出电压，使电机的输出转矩和电压的平方成正比的关系增加，从而改善电机的输出转矩。改善电机低速输出转矩不足，使用“矢量控制”，可以使电机在低速时的输出转矩达到电机在50Hz时供电输出转矩。

根据以上分析，采取了如下措施：

(1)停机后将VF控制方式改为开环矢量控制，异步机开环矢量控制方式将电机定子电流分解为励磁电流和转矩电流单独控制，力矩不够时可单独调节转矩电流，提升变频器带载能力。

(2)变频器在增加转速时力矩较大，为防止瞬间力矩过大造成变频器保护降频，将变频器限流系数由110％调整为120％。

再次开机监控数据，变频器运行到842r/min时转矩显示7170N·m，加速过程转矩显示9000N·m，给定890r/min变频稳定运行，转矩显示8600N·m，电机电流达到额定值。高温风机变频器自3月15日开机至6月1日，运行稳定，未再出现降频问题。

作者：张振华，陈作海，白建东，王兴盛

来源：《山东水泥厂有限公司》

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