变频器溜钩预防
1 引言
任何设备在使用过程中，都免不了发生故障，变频器及其外配器件也不例外。由于变频器的外配器件在一般变频器的经销公司中常常没有备件，某些进口变频器配件在国内的备品也较少。因此，要买到配件常常需要时间。而生产单位总是希望停机时间不要太长，使生产不受影响或少受影响。
起重机械在起吊重物时，以及矿山坑道的运输小车在输送矿石时，如果变频器一旦跳闸(有时是误动作)，容易出现溜钩或下滑现象，有可能产生严重后果。
遇到这些情况，有必要采取应急措施，能够临时性地维持生产，或避免发生意外。笔者最近为一些读者提供了几个应急方案，效果良好，介绍如下。
2 制动电阻烧坏了怎么办？
2.1 概述
变频器说明书中提供的制动电阻的容量，是针对一般降速时计算的。如果起动和停机特别频繁，或在重力负载向下运行时，制动电阻常常因容量太小而烧坏。
一般情况下，制动电阻可以用电炉丝或其他电热设备中的发热元件来代替，如图1所示。由于电炉丝的额定电压通常是220V，而处于再生制动状态的直流回路的平均电压约为650V，故电炉丝应以三组串联为宜。
图1 自制制动电阻
对于起动与制动比较频繁的负载，以及对于向下运行的重力负载来说，上述修正系数显然是太小了。
2.4 安装要点
在安装多个发热元件时，应注意以下问题:
(1) 注意发热元件的散热问题，即各发热元件之间应相隔一定距离;
(2) 发热元件与变频器之间，应保持一定的距离，以免所产生的热量影响到变频器。
3 制动单元损坏了怎么办？
3.1 制动单元的功能及其构成
制动单元BV的功能是:当直流回路的电压UD超过规定的限值UDH时，接通能耗电路，使直流回路通过制动电阻RB释放能量。其基本构成如图2的虚线框所示，分述如下:
(1) 功率管VB
用于接通与关断能耗电路，是制动单元的主体。
(2) 电压取样与比较电路
由于功率管VB的驱动电路是低压电路，故只能通过电阻RS1和RS2进行分压，按比例取出UD的一部分ＵS作为采样电压，和稳定不变的基准电压ＵA进行比较，得到控制功率管VB导通或截止的指令信号。基准电压ＵA的大小应与限值UDH成比例。
(3) 驱动电路
驱动电路用于接受比较电路发出的指令信号，驱动VB导通或截止。
导致直流回路电压超过限值的场合主要有两种:
l 快速停机
如果负载的惯性较大，而要求的停机的时间又较短，则在频率下降过程中，电动机转子的转速将跟不上同步转速的下降，导致变频器中直流回路的泵升电压增大，需要通过制动电路来放电;
l 具有重力负荷的负载
向下传输物品的带式输送机、下行的电动扶梯、起重机械等，在向下运行时，由于物体具有重力加速度的原因，使电动机的转速因超过同步转速而处于再生制动状态。因为在运行的全过程中，电动机一直在发电，必然使变频器中直流回路的电压不断上升，需要通过制动电路来放电。
3.2 降速过程的应急措施
导致制动单元损坏的原因可能有多种，但常见的主要有两种:
(1) 与制动电阻的阻值匹配不好而烧坏功率管;
(2) 制动单元内部的开关电源损坏，导致功率单元也损坏。
制动单元一般难以自行修复。作为临时的应急措施，制动单元中的开关器件可以用三相交流接触器来代替，其框图如图3所示。这时，接触器的三对触点必须串联，原因如下:
(1) 耐压的考虑
交流接触器触点的额定电压是500V，而直流电压则大于500V。串联以后，耐压可达1500V，具有较大裕量;
(2) 灭弧的考虑
直流电路在接通和断开过程中的电弧比交流电路严重得多。将三对触点串联以后，可以起到分割电弧的作用，有利于灭弧。
(4) 应急处理
接触器损坏:只需更换接触器即可;
控制电路损坏:只要将应急继电器的触点KB接至K1和K2端子之间，就可以象图3那样由外部继电器来进行控制了，如图4(b)所示。
4 起重机械在变频器跳闸后如何防止溜钩？
4.1 溜钩现象
起重机的起升机构在吊运重物时，常常需要重物在空中停住。
由于电磁制动器的松开和抱紧过程是需要时间的，通常为0.3～0.6s。在此时间内，如果电动机没有转矩的话，重物必将下滑，俗称溜钩。
4.2 变频器防止溜钩的对策
不同变频器防止溜钩的对策也各不相同，但归结起来，主要有两种:
（1）低频抱紧和松开
即，吊钩的“停住→运行”和“运行→停住”的工作在极低频率下进行，使电磁制动器在松开和抱紧的过程中，电动机保持足够的转矩，从而有效地防止了溜钩。
这种方法以三菱的FR-A540系列变频器为代表，其工作时序如图6所示，说明如下:
l 重物从停止到运行(升降)的控制过程
变频器在接到运行指令后，其工作频率只上升到fSD(0.5～3Hz)，为了确保当制动电磁铁松开后，变频器已能控制住重物的升降而不会溜钩，所以，在工作频率到达fSD的同时，变频器将开始检测电流，经过检测时间tSC，确认电动机的转矩已经建立后，才向制动电磁铁发出“通电指令”，使制动电磁铁开始松开。
频率fSD将维持一个短时间tSD(0.3～0.8s)后，制动电磁铁已经完全松开，工作频率就可以上升到所需的运行频率了。
l 重物从运行(升降)到停住的控制过程
当运行指令撤消时，变频器的工作频率下降到fBS(3～8Hz)后，就暂停下降，并输出一个“频率到达信号”，使制动电磁铁断电。
频率fBS也维持一个短时间tBB(0.3～0.8s)，当制动电磁铁已经完全抱紧后，再将工作频率下降至0Hz，变频器停止运行。
(2) 零速抱紧和松开
依靠变频器的“预励磁”和“零伺服”功能，使电动机即使在零速的情况下，也能具有足够的转矩，使重物在空中停住，从而可以使电磁制动器从容地进行松开和抱紧。这种方法只有在“有反馈矢量控制”方式下才能实施。其典型代表是安川的CIMR－G7系列变频器，其工作时序如图7所示，说明如下:
l 重物从停止到运行(升降)的控制过程当变频器接收到运行指令后，变频器首先在零速状态下开始“预励磁”，使电动机产生转矩。经时间t1后，制动电磁铁开始通电，又经t2，确认制动电磁铁已经松开后，发出转速上升指令，工作频率上升到所需频率fX。
l 重物从运行(升降)到停住的控制过程
首先使转速指令处于“OFF”状态，工作频率下降到0Hz时。一方面，变频器进入“零伺服”状态，使电动机继续保持足够的转矩;另一方面，制动电磁铁断电，开始抱紧。延时t5，确保电磁制动器已经抱紧后，撤消运行指令。
4.3 变频器跳闸时的防溜钩措施
(1) 跳闸后的溜钩
变频器跳闸后，变频器的逆变管将立即被封锁，电动机处于自由制动状态，上述控制对策完全失去作用。这时，虽然电磁制动器将因失电而开始抱紧。但在尚未抱紧的过程中，重物必将下滑，形成溜钩。
(2) 防止溜钩的措施
如果在变频器跳闸时，将外加直流电源接入电动机绕组，使电动机处于直流制动状态，如图8(a)所示。则在电磁制动器因断电而抱紧的过程中，可以防止重物下滑，避免了溜钩。外加直流电源经过适当延时后撤消。其控制电路如如图8(b)所示。
当变频器跳闸时，报警输出端子的动合触点MA－MC闭合，时间继电器KT得电，其动合触点立即接通，使接触器KMF得电，将外部的直流电源通入电动机，使电动机进行直流制动。
在跳闸的同时，变频器和电磁制动器的电源均被切断(图中未画出)，使电磁制动器开始抱紧。
时间继电器KT延时1～2s后，其触点断开，接触器KMF断电，直流制动停止。
4.4 EDB型跳闸防下滑装置
根据用户的需求，宜昌市自动化研究所根据上述原理，专门生产了“EDB型跳闸防下滑装置”，其外部接线如图9所示。
（1） EDB的接线图
如图9，端子L、N接220V交流电源;端子KF1、KF2接变频器报警输出的动合触点;端子U、V、W接变频器的输出端，或电动机的进线端，其中，端子V与W之间有一个短路片，用户可根据电动机绕组的接法决定是否需要拆除。但应注意，短路片拆除后端子W将是空端。
一般说来，当电动机的定子绕组为Y形接法时，短路片以接上为好，通入直流电流时的电路如图10(a)所示;当电动机的定子绕组为Δ形接法时，短路片以拆除为好，通入直流电流时的电路如图10(b)所示。
(2) EDB用于紧急停机
图6和图7表明，吊钩每次从运行到停止的过程中，都需要有一定的时间。但有时情况比较紧急，要求吊钩能够在空中立即停住，但上述控制过程却难以实现。
EDB防溜钩装置可以比较容易地解决这个问题。只需在“外部故障”端子处接入一个按钮开关SB。则当需要紧急停住时，按下SB，变频器便立即因“外部故障”而跳闸，并因接入外部直流电源而迅速停住。
但必须注意:
紧急停机只有在变频器跳闸，逆变管已被封锁的情况下进行，否则逆变管有被损坏的可能。
由于变频器跳闸后，电源接触器KM必须断开，再次起动时，须先接通KM，操作比较复杂，故正常情况下，不宜采用这种方法来停机。
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