西门子变频器的四大保护功能

时间：2019-07-09

西门子变频器的四大保护功能

一、变频器的线路保护
变频器的线路保护，可以理解成在变频器发生短路故障时，变频器能够从电网上分离，防止电网问题扩大化，所以会涉及到变频器的进线开关器件、熔断器的配置，具体器件的容量的选择，西门子小功率变频器的标准配置是刀熔开关加接触器的形式，大功率的变频器采用3WL断路器作为进线保护。
对于进线侧的开关熔断器等，一些设计人员考虑成本问题，总想尽可能的省去一些东西，其实有些得不偿失。

1、空气断路器的响应时间是保护不了变频器的整流桥的。比如，进线不加快速熔断器，在变频器前端配上一个空气断路器，后边直接就连接到变频器的进线端子上，实际上这种设计从保护角度是不完善的，当变频器直流发生短路故障时，大电流流经变频器的整流桥，很容易造成整流侧的损坏。

2、操作空气开关瞬间，可能发生拉弧现象。比如，不加进线接触器，在变频器前端配上一个空气断路器，后边直接就连接到变频器的进线端子上，从安全角度也是存在隐患的，可能对操作工造成伤害，实际上这种设计从操作角度是不方便的，打开变频器柜门，操作变频器上电掉电；如果在变频器的柜门通过按钮操作接触器，既方便又安全；另外在变频器发生故障时，还能够自动分断进线侧的接触器，防止故障扩大化。

3、有关变频器线路保护，进线侧必要的器件不能省去，尽管说变频器故障后会封锁输出，但是变频器前端整流桥、直流回路的有些问题，变频器自身可能保护不了，从系统保护的可靠性方面分析，开关器件也存在失效的可能，而且各自的功能也不一样，所以变频器进线保护器件不能省，不能因小失大。

4、进线没有保护损失惨重，血的教训。

由变频器本身的条件所限，功率器件的耐压、电流的限制、工作温度等等，当变频器运行过程中达到或者接近变频器的允许范围，就会发出报警或者故障信号，进行预警或者停机保护；变频器的保护功能很多，这里以更常见保护功能举例，比如过压、欠压、过流、过热、缺相等等。

１、过压保护（F2）：此功能是为了防止出现直流母线电压过高，造成电容或者IGBT等器件损坏，变频器判断过压的检测点在直流母线，以3AC380-480V 交流电压等级为例，正常直流母线电压约为1.35倍的交流进线电压计算，通常为DC 520V-DC 540V之间，当变频器所驱动的负载惯量比较大，快速降速时，或者变频器拖动位能性负载下放时，电机转子实际转速**变频器输出给电机的转速，造成负载反拖电机，电机处于发电运行状态，机械能转化为电能，通过变频器的逆变桥IGBT反并联二极管回馈到变频器的直流母线，由于直流母线的电容容量固定，随着回馈能量的增加，直流母线电压随之升高，达到一定的限值可能导致器件的损坏，所以此时必须抑制过压趋势，比如投入制动单元制动电阻，激活更大直流电压控制器等等。

２、欠压保护（F3）：此功能检测出变频器直流母线电压低于某个值，比如正常1.35倍的交流电压，如果电压再低10%，此时变频器可能发生欠电压报警或故障，欠压故障间接反映的是交流侧可能出现了问题，欠压保护的功能是防止变频器直流母线电压过低时，输出功率受限，功率器件的工作特性发生变化，控制电压异常，防止变频器硬件出现损坏，通常操作也要先停止变频器输出，再分断进线开关，避免人为造成欠电压故障。

３、过流保护（F1）：通常变频器的输出电流**过变频器的额定输出电流某个限制值，通常是变频器厂家研发层面的细节，与IGBT功率器件选型设计裕量有关，不同厂家，不同功率段也不一样。变频器本身的过流保护区别于电机的过流保护，一般滞后于电机的过流保护。

4 、过热保护（F4）：变频器运行过程中，功率器件会发热，正常情况下，变频器的散热风机能够使得变频器发热散热平衡，不至于变频器报故障，但是当环境温度过高，变频器过载运行，冷却风机故障、冷却风道不通畅，也会导致变频器过热，较端情况会导致功率器件损坏；通常引发过热故障，多数由于变频器柜安装环境差，风道堵塞所致。

5 、变频器输入缺相（F20）：一般变频器的输入缺相不直接测量，通过直流母线电压的纹波进行判断，当变频器负载运行，如果变频器输入缺相发生时，直流母线的纹波加大，对于６脉动整流，导致另外的整流二极管负载加重，可能导致整流桥损坏情况。

二、电机的保护

１、过热保护（F11）：电机运行过程中，当负载比较重，运行电流长时间**过电机额定电流时，电机的温度会升高，如果环境温度过高，也会导致电机温度升高，如果长时间**过电机的额定温升，可能导致电机烧毁；通常电机的过热保护，可以通过软件方式实现，变频器根据电机的运行电流，结合电机的模型，估算电机的发热情况，更直接更可靠的方式是在电机绕组中预装温度传感器，根据传感器实测温度，对电机进行保护。

２、缺相保护（F30015）：由于变频器输出与电机之间的电缆可能出现松动等情况，导致电机缺相。电机的缺相保护，由变频器的输出侧霍尔元件测量，当三相电流的不平衡度**过一定限制值，变频器报电机缺相故障，此时需要检查电机电缆、变频器输出接线端子、电机接线端子的可靠性。

３、过流保护（F7801）：电机的过流保护实际上通过变频器运行中检测实际输出电流，当检测到的实际电流**过，2*电机电流的限制值（2*P640）或者电机额定电流的4倍，取较小的值，电机发生过流故障保护。

4 、过载保护（F7011）：电机可以瞬时过载运行，但是有一个过载保护曲线，变频器根据电机模型，运行中监测电机运行电流，通过 I*I*t的累计，判断电机是否过载，该功能俗称电子热继电器。

三、机械负载保护（负载监控功能）

１、转矩保护：当变频器所驱动的负载重，实际负载转矩大于某个值时，可能导致机械损坏，变频器自动控制输出转矩，防止过大的输出扭矩导致机械损坏。

２、断带保护：在变频器运行中，通过设置正常负载的转矩窗口比较，当机械负载低于窗口下限值，认为机械传动机构发生故障，变频器停机保护。

四、其它保护功能

变频器的保护功能很多，要根据实际情况进行设置，目的使得传动系统稳定运行；通常正确的调试，比如合适的加减速时间、合理设置变频器的限幅值，也是**变频器正常运行的条件，另外设置转矩限幅、功率限幅、电流限幅等，也可以减少变频器的故障发生。

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