变频调速系统常见故障

王殿友

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)

0 引言

电动机绕组烧坏通常为电击穿，热击穿，化学腐蚀击穿等。当电机运行过程中发生电动机绕组烧坏，应先从上述三方面查找原因，确定是某种击穿原因后，再从变频调速系统中，具体查出是哪个环节引起的故障。当电动机发生故障时，用户首先想到的是找制造厂来处理，并认为是电动机的问题，但现实中引起故障的原因有很多，造成电动机绕组损坏的原因有电动机自身原因，控制方案及方法选择的原因，用户安装使用原因等。本文就电控方案不合理、使用安装不合理、电功机功率不够等问题造成的故障进行探讨。

1 变频调速电动机运行原理

变频调速电动机(以下简称电动机)，此类电动机的供电电源不是工频电源，而是采用变频器做电源(简称变频电源)由此对电动机产生的影响如下。

1.1 谐波含量大，电动机温升比工频电源要高些，比中小型电动机通常额定电流要高10%左右。

1.2 电动机磁负荷要有裕度，在整个调频范围内，电动机磁路不能过于饱和。

1.3 轴电流，当产生轴电压超出润滑脂的绝缘能力形成轴电流时，将电蚀轴承工作面。

1.4 浪涌电压，高脉冲电压变频器产生不同宽度和频率的固定振幅矩形脉冲电压，电动机端子处电压突增，与变频器输出脉冲电压上升时间，电缆长度及电机电阻有关，在变频器输出端，电动机端子处产生浪涌电压，当变频器设计上没有吸收装置(阻容电路)时，会产生脉冲高电压。

1.5 峰值电压，电压变化率dv/dt，变频器若没有最小脉冲时间控制，且两脉冲之间与电缆时间常数相匹配，在电机端子处出现大于2 倍的过电压，变频器型号不同，dv/dt 大小也不同。

1.6 绝缘介电应力要高于工频电源，还应承受PDIV(局部放电起始电压)或空气中CIV(电晕起始电压)的应力。

以上对电动机的影响，体现在电动机绝缘结构能否满足要求，如果不能满足要求电动机而损坏，应该说明的是如高脉冲电压，dv/dt 值，浪涌电压，变频器有能力降低应协商解决。

2 控制系统

控制系统的涉及面比较广，情况也非常复杂，控制方案也呈多样化，本文只对典型的环节予以叙述。

2.1 当采用v/f 控制时，v/f 线予置的不合理，会出现轻载时，电动机的电流大甚至跳闸，随负载增加电流减小到最小值，而电流再增，电流变化呈“V”形状曲线。

2.2 变频器输入数据错误，会产生严重振动，跳闸。

2.3 电动机在运行中有时处于发电状态，如电动机减速机时，位能负载，发电制动，控制多台电动机，功率或转矩平衡问题，如果处理不好就会烧坏电机。电控设计时宜忽略，在变频器中加制动电阻和制动电路，如果制动单元打开的时间不合理，会导致变频器直流电压升高，输出交流电压也升高，对电动机易产生过电压。

2.4 大部分煤矿井下用波带输送机于2013 年—2014 年均改为变频调速控制，但几乎都出现了电动机绕组烧坏。波带输送机一般由2 ～3 台电动机拖动，必须同步运行，而且功率要平衡(或转矩平衡)，否则会发生电机过载烧坏。有的用户采用监测物料重量来控制功率平衡问题，实践证明，比较有效的办法是采用主-从控制方案，为抑制电压脉冲尖峰，变频器输出，安装输出电抗器，电机就不易损坏了。

2.5 电动机轴伸端安装的编码器如果没安装好，也没调试合格，就投入使用，就会引起电动机严重振动，无法正常工作，国内至少有三个钢铁厂出现过此类问题。

2.6 当采用PID 控制(P 为比例增益，I 为积分运行，D 为微分运行)予置不当会产生系统振荡，闭环控制时起动电流过大，出现跳闸等问题。

2.7 可编程控制器PLM 的接地端十分重要，必须良好接地，尤其和变频器一起使用时，如果接地不符合要求，可能受变频器的干扰而无法工作。

2.8 变频电源和工频电源的切换

当变频电源发生故障时，如果控制两台以上设备，根据工艺的需要切换成工频电源，要选好关键的切换时间和频率以及转向，否则会出现过电流或过电压。同时，切换频率不能过低，过低电流相当起动电流，最好在50Hz 下切换或暂时停机后进行切换。

2.9 电动机功率选小，这是设计院选择的原因，常有发生，国外知名企业也会出现这一问题，电动机自然要烧坏。

2.10 电动机的基准频率选错，电动机就不能正常使用，会发生烧毁电机的故障，国内外的公司，均有此情况发生。

3 使用及安装

变频调速系统在正式工作之前，要进行调试，只有调试合格方可投入使用，如果调试未完成就投入使用，会出现电动机剧烈振动而导致电流增大，跳闸，造成电动机不能正常工作，甚至会出现电动机绕组烧坏。

3.1 载波频率的设定，应当按变频器使用说明书中给出的范围，进行予置，如果设置的不正确，电机振动，如电动机放地面上不固定会走路的。

3.2 v/f 线设定，在变频器中已经予置一定数量v/f 线，没有电压补偿及有电压补偿(有几种不同补偿值)两种，选错会造成过电流跳闸，甚至产生振动。

3.3 最低起动频率的设定，一般情况是从0Hz 开始，但没有足够的转矩，最低起动频率应近似等于转差率，必要时可在5Hz 下起动，再高起动电流过大。

3.4 加减速时间设置要合理，加速过快电流大，应注意减速时，电动机处于发电状态。

3.5 有的负载如大型风机已停机，但由于风的作用，风叶仍然在动，此时起动会出现问题，不是过电流就是过电压。系统应有能耗制动，使风叶固定不动。

3.6 矢量控制时需要电动机等值电路参数，但有些工程上不需要这些参数，因为变频器出厂时，已予置了电动机通用的功率和极数，一般为4 极。变频器可检测实际电动机参数并与之进行调整，如果误差大，调整精度差电动机就会出现问题。

3.7 直接转矩控制，只需安装定子电阻，情况与

3.6 相似。

3.8 回避频率设定，因为无级调速，有可能在某转速或某几个转速下，频率与机械固有频率发生谐振，振动非常大，在调频时可将其跳过。

3.9 点动频率设定，如果每次点动前后，都要进行频率调整会比较麻烦，如果不调会出现问题。

3.10 有时为了确定电动机是否处于发电状态，但不知电动机实际转速，而将变频器显示的频率折算出的电动机同步转速误认为是电动机的实际转速应引起注意。

3.11 布线接线方法

3.11.1 主电路接线即变频器与电动机间接线，电缆截面积，确定必须考虑电压降:ΔU

式中，IH─额定电流(A);L─电缆长(m)，R─单位长(m)导线电阻(MΩ/m)。

3.11.2 控制线接线

(1)模拟量控制线指输入侧给定信号和反馈信号输出侧频率和电流信号模拟信号抗干扰能力低，必须用屏蔽线。

(2)开关量，如起动、点动、多档转速控制等，抗干扰能力强，可不用屏蔽线。

(3)布线尽量不与主电路线交叉，垂直可以，远离主电路100mm 以上，两根同一信号线绞在一起好。

3.12 接地 电动机应该单独接地，原则上是不能共用一个接线，但可以共用一个接地点，主要是防止接地电流返回变频器，增加直流电压，供给电动机交流电压也增加了。

3.13 变频器与电动机之间连接电缆长度应该不超过变频器说明书中的规定。

3.14 采用软起动时，发生起动不了的现象，并不是电动机的转矩不够，而是起动电流倍数(至少在3.5 倍以上)不够，也就是起动功率不够，有时会发现变压器容量不够。

4 结语

变频调速技术是目前国内外较普遍采用的新技术，并逐渐发展成熟。这种新技术好处很多，但也带来许多新问题，那就是变频器和电动机损坏，其中，电动机损坏最多。在实践运行中，用户总认为发生了故障就是电动机满足不了需求的原因造成的，但这个观点是片面的，如果控制系统使用安装不合理，也能导致电动机损坏。本文列出部分导致电动机损坏的环节供借鉴，同时为技术人员要维修故障电动机时提供理论依据。

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