變頻調(diào)速系統(tǒng)常見故障

王殿友

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

電動機(jī)繞組燒壞通常為電擊穿，熱擊穿，化學(xué)腐蝕擊穿等。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生電動機(jī)繞組燒壞，應(yīng)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(diào)速系統(tǒng)中，具體查出是哪個環(huán)節(jié)引起的故障。當(dāng)電動機(jī)發(fā)生故障時(shí)，用戶首先想到的是找制造廠來處理，并認(rèn)為是電動機(jī)的問題，但現(xiàn)實(shí)中引起故障的原因有很多，造成電動機(jī)繞組損壞的原因有電動機(jī)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(jī)功率不夠等問題造成的故障進(jìn)行探討。

1 變頻調(diào)速電動機(jī)運(yùn)行原理

變頻調(diào)速電動機(jī)(以下簡稱電動機(jī))，此類電動機(jī)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(jī)產(chǎn)生的影響如下。

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

1.2 電動機(jī)磁負(fù)荷要有裕度，在整個調(diào)頻范圍內(nèi)，電動機(jī)磁路不能過于飽和。

1.3 軸電流，當(dāng)產(chǎn)生軸電壓超出潤滑脂的絕緣能力形成軸電流時(shí)，將電蝕軸承工作面。

1.4 浪涌電壓，高脈沖電壓變頻器產(chǎn)生不同寬度和頻率的固定振幅矩形脈沖電壓，電動機(jī)端子處電壓突增，與變頻器輸出脈沖電壓上升時(shí)間，電纜長度及電機(jī)電阻有關(guān)，在變頻器輸出端，電動機(jī)端子處產(chǎn)生浪涌電壓，當(dāng)變頻器設(shè)計(jì)上沒有吸收裝置(阻容電路)時(shí)，會產(chǎn)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(shí)間控制，且兩脈沖之間與電纜時(shí)間常數(shù)相匹配，在電機(jī)端子處出現(xiàn)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(yīng)力要高于工頻電源，還應(yīng)承受PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的應(yīng)力。

以上對電動機(jī)的影響，體現(xiàn)在電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)能否滿足要求，如果不能滿足要求電動機(jī)而損壞，應(yīng)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(yīng)協(xié)商解決。

2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的涉及面比較廣，情況也非常復(fù)雜，控制方案也呈多樣化，本文只對典型的環(huán)節(jié)予以敘述。

2.1 當(dāng)采用v/f 控制時(shí)，v/f 線予置的不合理，會出現(xiàn)輕載時(shí)，電動機(jī)的電流大甚至跳閘，隨負(fù)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(shù)據(jù)錯誤，會產(chǎn)生嚴(yán)重振動，跳閘。

2.3 電動機(jī)在運(yùn)行中有時(shí)處于發(fā)電狀態(tài)，如電動機(jī)減速機(jī)時(shí)，位能負(fù)載，發(fā)電制動，控制多臺電動機(jī)，功率或轉(zhuǎn)矩平衡問題，如果處理不好就會燒壞電機(jī)。電控設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)間不合理，會導(dǎo)致變頻器直流電壓升高，輸出交流電壓也升高，對電動機(jī)易產(chǎn)生過電壓。

2.4 大部分煤礦井下用波帶輸送機(jī)于2013 年—2014 年均改為變頻調(diào)速控制，但幾乎都出現(xiàn)了電動機(jī)繞組燒壞。波帶輸送機(jī)一般由2 ～3 臺電動機(jī)拖動，必須同步運(yùn)行，而且功率要平衡(或轉(zhuǎn)矩平衡)，否則會發(fā)生電機(jī)過載燒壞。有的用戶采用監(jiān)測物料重量來控制功率平衡問題，實(shí)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(jī)就不易損壞了。

2.5 電動機(jī)軸伸端安裝的編碼器如果沒安裝好，也沒調(diào)試合格，就投入使用，就會引起電動機(jī)嚴(yán)重振動，無法正常工作，國內(nèi)至少有三個鋼鐵廠出現(xiàn)過此類問題。

2.6 當(dāng)采用PID 控制(P 為比例增益，I 為積分運(yùn)行，D 為微分運(yùn)行)予置不當(dāng)會產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩，閉環(huán)控制時(shí)起動電流過大，出現(xiàn)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(shí)，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(dāng)變頻電源發(fā)生故障時(shí)，如果控制兩臺以上設(shè)備，根據(jù)工藝的需要切換成工頻電源，要選好關(guān)鍵的切換時(shí)間和頻率以及轉(zhuǎn)向，否則會出現(xiàn)過電流或過電壓。同時(shí)，切換頻率不能過低，過低電流相當(dāng)起動電流，最好在50Hz 下切換或暫時(shí)停機(jī)后進(jìn)行切換。

2.9 電動機(jī)功率選小，這是設(shè)計(jì)院選擇的原因，常有發(fā)生，國外知名企業(yè)也會出現(xiàn)這一問題，電動機(jī)自然要燒壞。

2.10 電動機(jī)的基準(zhǔn)頻率選錯，電動機(jī)就不能正常使用，會發(fā)生燒毀電機(jī)的故障，國內(nèi)外的公司，均有此情況發(fā)生。

3 使用及安裝

變頻調(diào)速系統(tǒng)在正式工作之前，要進(jìn)行調(diào)試，只有調(diào)試合格方可投入使用，如果調(diào)試未完成就投入使用，會出現(xiàn)電動機(jī)劇烈振動而導(dǎo)致電流增大，跳閘，造成電動機(jī)不能正常工作，甚至?xí)霈F(xiàn)電動機(jī)繞組燒壞。

3.1 載波頻率的設(shè)定，應(yīng)當(dāng)按變頻器使用說明書中給出的范圍，進(jìn)行予置，如果設(shè)置的不正確，電機(jī)振動，如電動機(jī)放地面上不固定會走路的。

3.2 v/f 線設(shè)定，在變頻器中已經(jīng)予置一定數(shù)量v/f 線，沒有電壓補(bǔ)償及有電壓補(bǔ)償(有幾種不同補(bǔ)償值)兩種，選錯會造成過電流跳閘，甚至產(chǎn)生振動。

3.3 最低起動頻率的設(shè)定，一般情況是從0Hz 開始，但沒有足夠的轉(zhuǎn)矩，最低起動頻率應(yīng)近似等于轉(zhuǎn)差率，必要時(shí)可在5Hz 下起動，再高起動電流過大。

3.4 加減速時(shí)間設(shè)置要合理，加速過快電流大，應(yīng)注意減速時(shí)，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

3.5 有的負(fù)載如大型風(fēng)機(jī)已停機(jī)，但由于風(fēng)的作用，風(fēng)葉仍然在動，此時(shí)起動會出現(xiàn)問題，不是過電流就是過電壓。系統(tǒng)應(yīng)有能耗制動，使風(fēng)葉固定不動。

3.6 矢量控制時(shí)需要電動機(jī)等值電路參數(shù)，但有些工程上不需要這些參數(shù)，因?yàn)樽冾l器出廠時(shí)，已予置了電動機(jī)通用的功率和極數(shù)，一般為4 極。變頻器可檢測實(shí)際電動機(jī)參數(shù)并與之進(jìn)行調(diào)整，如果誤差大，調(diào)整精度差電動機(jī)就會出現(xiàn)問題。

3.7 直接轉(zhuǎn)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(shè)定，因?yàn)闊o級調(diào)速，有可能在某轉(zhuǎn)速或某幾個轉(zhuǎn)速下，頻率與機(jī)械固有頻率發(fā)生諧振，振動非常大，在調(diào)頻時(shí)可將其跳過。

3.9 點(diǎn)動頻率設(shè)定，如果每次點(diǎn)動前后，都要進(jìn)行頻率調(diào)整會比較麻煩，如果不調(diào)會出現(xiàn)問題。

3.10 有時(shí)為了確定電動機(jī)是否處于發(fā)電狀態(tài)，但不知電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，而將變頻器顯示的頻率折算出的電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速誤認(rèn)為是電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)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(jī)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(dǎo)線電阻(MΩ/m)。

3.11.2 控制線接線

(1)模擬量控制線指輸入側(cè)給定信號和反饋信號輸出側(cè)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(guān)量，如起動、點(diǎn)動、多檔轉(zhuǎn)速控制等，抗干擾能力強(qiáng)，可不用屏蔽線。

(3)布線盡量不與主電路線交叉，垂直可以，遠(yuǎn)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(jī)應(yīng)該單獨(dú)接地，原則上是不能共用一個接線，但可以共用一個接地點(diǎn)，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(jī)交流電壓也增加了。

3.13 變頻器與電動機(jī)之間連接電纜長度應(yīng)該不超過變頻器說明書中的規(guī)定。

3.14 采用軟起動時(shí)，發(fā)生起動不了的現(xiàn)象，并不是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩不夠，而是起動電流倍數(shù)(至少在3.5 倍以上)不夠，也就是起動功率不夠，有時(shí)會發(fā)現(xiàn)變壓器容量不夠。

4 結(jié)語

變頻調(diào)速技術(shù)是目前國內(nèi)外較普遍采用的新技術(shù)，并逐漸發(fā)展成熟。這種新技術(shù)好處很多，但也帶來許多新問題，那就是變頻器和電動機(jī)損壞，其中，電動機(jī)損壞最多。在實(shí)踐運(yùn)行中，用戶總認(rèn)為發(fā)生了故障就是電動機(jī)滿足不了需求的原因造成的，但這個觀點(diǎn)是片面的，如果控制系統(tǒng)使用安裝不合理，也能導(dǎo)致電動機(jī)損壞。本文列出部分導(dǎo)致電動機(jī)損壞的環(huán)節(jié)供借鑒，同時(shí)為技術(shù)人員要維修故障電動機(jī)時(shí)提供理論依據(jù)。

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