變頻調速系統常見故障

王殿友

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

電動機繞組燒壞通常為電擊穿，熱擊穿，化學腐蝕擊穿等。當電機運行過程中發生電動機繞組燒壞，應先從上述三方面查找原因，確定是某種擊穿原因后，再從變頻調速系統中，具體查出是哪個環節引起的故障。當電動機發生故障時，用戶首先想到的是找制造廠來處理，并認為是電動機的問題，但現實中引起故障的原因有很多，造成電動機繞組損壞的原因有電動機自身原因，控制方案及方法選擇的原因，用戶安裝使用原因等。本文就電控方案不合理、使用安裝不合理、電功機功率不夠等問題造成的故障進行探討。

1 變頻調速電動機運行原理

變頻調速電動機(以下簡稱電動機)，此類電動機的供電電源不是工頻電源，而是采用變頻器做電源(簡稱變頻電源)由此對電動機產生的影響如下。

1.1 諧波含量大，電動機溫升比工頻電源要高些，比中小型電動機通常額定電流要高10%左右。

1.2 電動機磁負荷要有裕度，在整個調頻范圍內，電動機磁路不能過于飽和。

1.3 軸電流，當產生軸電壓超出潤滑脂的絕緣能力形成軸電流時，將電蝕軸承工作面。

1.4 浪涌電壓，高脈沖電壓變頻器產生不同寬度和頻率的固定振幅矩形脈沖電壓，電動機端子處電壓突增，與變頻器輸出脈沖電壓上升時間，電纜長度及電機電阻有關，在變頻器輸出端，電動機端子處產生浪涌電壓，當變頻器設計上沒有吸收裝置(阻容電路)時，會產生脈沖高電壓。

1.5 峰值電壓，電壓變化率dv/dt，變頻器若沒有最小脈沖時間控制，且兩脈沖之間與電纜時間常數相匹配，在電機端子處出現大于2 倍的過電壓，變頻器型號不同，dv/dt 大小也不同。

1.6 絕緣介電應力要高于工頻電源，還應承受PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的應力。

以上對電動機的影響，體現在電動機絕緣結構能否滿足要求，如果不能滿足要求電動機而損壞，應該說明的是如高脈沖電壓，dv/dt 值，浪涌電壓，變頻器有能力降低應協商解決。

2 控制系統

控制系統的涉及面比較廣，情況也非常復雜，控制方案也呈多樣化，本文只對典型的環節予以敘述。

2.1 當采用v/f 控制時，v/f 線予置的不合理，會出現輕載時，電動機的電流大甚至跳閘，隨負載增加電流減小到最小值，而電流再增，電流變化呈“V”形狀曲線。

2.2 變頻器輸入數據錯誤，會產生嚴重振動，跳閘。

2.3 電動機在運行中有時處于發電狀態，如電動機減速機時，位能負載，發電制動，控制多臺電動機，功率或轉矩平衡問題，如果處理不好就會燒壞電機。電控設計時宜忽略，在變頻器中加制動電阻和制動電路，如果制動單元打開的時間不合理，會導致變頻器直流電壓升高，輸出交流電壓也升高，對電動機易產生過電壓。

2.4 大部分煤礦井下用波帶輸送機于2013 年—2014 年均改為變頻調速控制，但幾乎都出現了電動機繞組燒壞。波帶輸送機一般由2 ～3 臺電動機拖動，必須同步運行，而且功率要平衡(或轉矩平衡)，否則會發生電機過載燒壞。有的用戶采用監測物料重量來控制功率平衡問題，實踐證明，比較有效的辦法是采用主-從控制方案，為抑制電壓脈沖尖峰，變頻器輸出，安裝輸出電抗器，電機就不易損壞了。

2.5 電動機軸伸端安裝的編碼器如果沒安裝好，也沒調試合格，就投入使用，就會引起電動機嚴重振動，無法正常工作，國內至少有三個鋼鐵廠出現過此類問題。

2.6 當采用PID 控制(P 為比例增益，I 為積分運行，D 為微分運行)予置不當會產生系統振蕩，閉環控制時起動電流過大，出現跳閘等問題。

2.7 可編程控制器PLM 的接地端十分重要，必須良好接地，尤其和變頻器一起使用時，如果接地不符合要求，可能受變頻器的干擾而無法工作。

2.8 變頻電源和工頻電源的切換

當變頻電源發生故障時，如果控制兩臺以上設備，根據工藝的需要切換成工頻電源，要選好關鍵的切換時間和頻率以及轉向，否則會出現過電流或過電壓。同時，切換頻率不能過低，過低電流相當起動電流，最好在50Hz 下切換或暫時停機后進行切換。

2.9 電動機功率選小，這是設計院選擇的原因，常有發生，國外知名企業也會出現這一問題，電動機自然要燒壞。

2.10 電動機的基準頻率選錯，電動機就不能正常使用，會發生燒毀電機的故障，國內外的公司，均有此情況發生。

3 使用及安裝

變頻調速系統在正式工作之前，要進行調試，只有調試合格方可投入使用，如果調試未完成就投入使用，會出現電動機劇烈振動而導致電流增大，跳閘，造成電動機不能正常工作，甚至會出現電動機繞組燒壞。

3.1 載波頻率的設定，應當按變頻器使用說明書中給出的范圍，進行予置，如果設置的不正確，電機振動，如電動機放地面上不固定會走路的。

3.2 v/f 線設定，在變頻器中已經予置一定數量v/f 線，沒有電壓補償及有電壓補償(有幾種不同補償值)兩種，選錯會造成過電流跳閘，甚至產生振動。

3.3 最低起動頻率的設定，一般情況是從0Hz 開始，但沒有足夠的轉矩，最低起動頻率應近似等于轉差率，必要時可在5Hz 下起動，再高起動電流過大。

3.4 加減速時間設置要合理，加速過快電流大，應注意減速時，電動機處于發電狀態。

3.5 有的負載如大型風機已停機，但由于風的作用，風葉仍然在動，此時起動會出現問題，不是過電流就是過電壓。系統應有能耗制動，使風葉固定不動。

3.6 矢量控制時需要電動機等值電路參數，但有些工程上不需要這些參數，因為變頻器出廠時，已予置了電動機通用的功率和極數，一般為4 極。變頻器可檢測實際電動機參數并與之進行調整，如果誤差大，調整精度差電動機就會出現問題。

3.7 直接轉矩控制，只需安裝定子電阻，情況與

3.6 相似。

3.8 回避頻率設定，因為無級調速，有可能在某轉速或某幾個轉速下，頻率與機械固有頻率發生諧振，振動非常大，在調頻時可將其跳過。

3.9 點動頻率設定，如果每次點動前后，都要進行頻率調整會比較麻煩，如果不調會出現問題。

3.10 有時為了確定電動機是否處于發電狀態，但不知電動機實際轉速，而將變頻器顯示的頻率折算出的電動機同步轉速誤認為是電動機的實際轉速應引起注意。

3.11 布線接線方法

3.11.1 主電路接線即變頻器與電動機間接線，電纜截面積，確定必須考慮電壓降:ΔU

式中，IH─額定電流(A);L─電纜長(m)，R─單位長(m)導線電阻(MΩ/m)。

3.11.2 控制線接線

(1)模擬量控制線指輸入側給定信號和反饋信號輸出側頻率和電流信號模擬信號抗干擾能力低，必須用屏蔽線。

(2)開關量，如起動、點動、多檔轉速控制等，抗干擾能力強，可不用屏蔽線。

(3)布線盡量不與主電路線交叉，垂直可以，遠離主電路100mm 以上，兩根同一信號線絞在一起好。

3.12 接地 電動機應該單獨接地，原則上是不能共用一個接線，但可以共用一個接地點，主要是防止接地電流返回變頻器，增加直流電壓，供給電動機交流電壓也增加了。

3.13 變頻器與電動機之間連接電纜長度應該不超過變頻器說明書中的規定。

3.14 采用軟起動時，發生起動不了的現象，并不是電動機的轉矩不夠，而是起動電流倍數(至少在3.5 倍以上)不夠，也就是起動功率不夠，有時會發現變壓器容量不夠。

4 結語

變頻調速技術是目前國內外較普遍采用的新技術，并逐漸發展成熟。這種新技術好處很多，但也帶來許多新問題，那就是變頻器和電動機損壞，其中，電動機損壞最多。在實踐運行中，用戶總認為發生了故障就是電動機滿足不了需求的原因造成的，但這個觀點是片面的，如果控制系統使用安裝不合理，也能導致電動機損壞。本文列出部分導致電動機損壞的環節供借鑒，同時為技術人員要維修故障電動機時提供理論依據。

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