5 過載的原因及處理

電動機在運行中，運行電流超過了額定值但又小于過流限定值，運行時間又較長，稱為過載。過載的基本特征是：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也不形成較大的沖擊電流（否則就變成過流故障），過載的另一個顯著特征是有一個時間的積累過程，當(dāng)積累時間達到時才報過載故障。

5.1 過載原因分析

過載發(fā)生的主要原因有以下幾點：

1. 機械負(fù)荷過重

其主要特征是電動機發(fā)熱，用手觸及電動機的外殼，明顯發(fā)燙；也可從變頻器顯示屏上讀取運行電流，與電動機的額定電流進行比較，判斷過載情況。

2. 三相電壓不平衡

引起某相的運行電流過大，導(dǎo)致過載跳閘，其特點是電動機發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發(fā)現(xiàn)(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；有效的方法是用電壓表測量變頻器的三相輸出電壓，以判斷變頻器是否缺相或電壓不平衡。

3. 誤動作

變頻器內(nèi)部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導(dǎo)致過載跳閘。

5.2 過載故障的解決對策

1. 檢查電動機是否發(fā)熱

如果電動機的溫升不高，則首先應(yīng)檢查變頻器的電子熱保護功能預(yù)置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應(yīng)放寬電子熱保護功能的預(yù)置值。

如果電動機的溫升過高，而所出現(xiàn)的過載又屬于正常過載，則說明是電動機的負(fù)荷過重。這時，應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動比，以減輕電動機軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應(yīng)加大電動機的容量。

2. 檢查電動機側(cè)三相電壓是否平衡

如果電動機側(cè)的三相電壓不平衡，則應(yīng)再檢查變頻器輸出端的三相電壓是否平衡，如也不平衡，則問題在變頻器內(nèi)部。如變頻器輸出端的電壓平衡，則問題在從變頻器到電動機之間的線路上，應(yīng)檢查所有接線端的螺釘是否都已擰緊，如果在變頻器和電動機之間有接觸器或其它電器，則還應(yīng)檢查有關(guān)電器的接線端是否都已擰緊，以及觸點的接觸狀況是否良好等。

5.3 過載案例分析

案例7： 一臺富士FR5000G11S 、11KW變頻器拖動一臺Y2-132S-6、7.5kW電動機，投入運行時，頻繁跳過載，顯示“OLU”。

故障檢查：現(xiàn)場檢查機械部分是否卡死，盤車輕松，無堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象；又參考變頻器使用說明書，檢查變頻器的參數(shù)，經(jīng)檢查，偏置頻率原設(shè)定為3Hz，變頻器在接到運行指令但未給出頻率控制信號之前，電動機一直接收3Hz的低頻運行指令而無法起動。經(jīng)測定該電機的堵轉(zhuǎn)電流達到50A，約為電動機額定電流的3倍；變頻器過載保護動作屬正常。修改變頻器的參數(shù)，將“偏置頻率”恢復(fù)為出廠值(0Hz)，電動機起動恢復(fù)正常。

故障分析：變頻器的頻率偏置設(shè)定如圖，屬于正偏置，當(dāng)給變頻器加上運行信號，控制信號還沒有加上時，變頻器輸出3Hz頻率( Y2-132S-6 額定轉(zhuǎn)速960r/min，轉(zhuǎn)速差為40r/min),此時電動機沒有起動，實際轉(zhuǎn)速差為3×60=180r/min，說明電動機的起動頻率偏高，電動機還沒有起動時已經(jīng)形成過流。該變頻器的頻率偏置參數(shù)應(yīng)設(shè)置在1Hz以下(低于額定轉(zhuǎn)速差40r/min)。該變頻器沒有報過流的原因是因為變頻器的容量比電動機的大。

案例8：水泵變頻器過載

某供水單位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)變頻器拖動水泵負(fù)載，使用過程中變頻器經(jīng)常報E013故障(過載)，檢查故障電流記錄58A(變頻器額定電流60A)，經(jīng)查說明書：風(fēng)機、水泵變頻器過載能力為：110％ 額定電流1分鐘，為 什么該變頻器工作電流小于額定電流就報過載呢？

案例分析：經(jīng)現(xiàn)場了解和查看，發(fā)現(xiàn)水泵負(fù)載長期工作在48Hz，電流長期在58A左右，報E013的原因為變頻器帶載能力不夠，需要更換更高一級的變頻器，即更換為TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37KW）

為什么會做出變頻器帶載能力不夠的結(jié)論呢？原來變頻器的過載保護按反時限曲線不同分為G型和P型。 本例機型為P型機，其P型機反時限曲線如下圖，當(dāng)變頻器輸出電流達到95％持續(xù)時間達到1小時時，即報“E013”。當(dāng)變頻器輸出電流達到110％、持續(xù)時間達到1分鐘也同樣報E013。

6 缺相故障的原因及處理

6.1 缺相故障的原因分析

變頻器有單相220V和三相380V之分，輸入缺相只存在于三相產(chǎn)品中。圖所示為變頻器主電路，R、S、T為三相交流輸入，當(dāng)其中的一相因為熔斷器或斷路器的故障而斷開時，便發(fā)生了缺相故障。

1. 正常情況

當(dāng)變頻器正常工作時，直流母線上的電壓 如圖所示，一個工頻周期內(nèi)將有6個波頭，此時直流電壓 的最大值為537V，平均值為515V，最小值465V。對于一個7.5KW的變頻器，其濾波電容容量一般為900 ，當(dāng)滿載運行時，電壓降落大約為40V，即平均電壓為500V左右。當(dāng)濾波電容容量下降，滿載時平均電壓會低于500V。

2. 缺相情況

當(dāng)輸入缺相時，一個周期內(nèi)只有2個電壓波頭，且整流電壓最低值為零。此時電壓的平均值為342V，比正常情況低了170V。但當(dāng)空載時，因為有濾波電容，仍可使直流母線上電壓達到500V以上。當(dāng)變頻器一帶載，電壓隨負(fù)載的增加迅速下降，當(dāng)頻率上升到十幾Hz，電壓下降到400V以下。最好的 判斷方法是用電壓表測量開機時直流母線電壓的下降情況。

變頻器缺相，分為外電路缺相和內(nèi)電路缺相。外電路缺相一般電工就可以處理，內(nèi)電路缺相就要進行解體維修，技術(shù)難度較大。正確判斷變頻器內(nèi)部缺相或外部缺相是一項重要的工作，他可以區(qū)分缺相故障由誰來處理。

判斷缺相最簡單的方法就是進行交流輸入端子電壓的測量

6.2 變頻器缺相案例分析

案例9：變頻器起動后跳“LU”

案例現(xiàn)象：一臺富士FRN11G11S變頻器在頻率上升到15Hz以上時，“LU”欠電壓保護動作。

案例分析：變頻器欠壓故障是在使用中經(jīng)常碰到的問題，主要是因為主回路電壓太低(220V系列低于200V，380V系列低于350V)或變頻器自身原因。變頻器自身的主要原因有：整流模塊某一路損壞、濾波電容容量不足；其次是主回路接觸器損壞，導(dǎo)致直流母線電壓損耗在充電電阻上而導(dǎo)致欠壓；再有就是電壓檢測電路發(fā)生故障而出現(xiàn)欠壓問題。

案例檢查：首先檢查輸入側(cè)電壓是否有問題，然后檢查電壓檢測電路。從整流部分向變頻器電源輸入端檢查，發(fā)現(xiàn)電源輸入側(cè)缺相，由于電壓表從另外兩相取信號，電壓表指示正常，沒有及時發(fā)現(xiàn)變頻器輸入側(cè)電源缺相。輸入端缺相后，由于變頻器整流輸出電壓下降，在低頻區(qū)，因充電電容的作用還可調(diào)頻，但在頻率調(diào)至一定值后，整流電壓下降較快、造成變頻器“LU”跳閘。

接通斷相電路，試機正常。

案例10：某塑料擠出機，采用艾默生TD2000-4T0550G變頻器作為主驅(qū)動，在運行過程中，聽見變頻器內(nèi)有異響，但變頻器能繼續(xù)運行。懷疑變頻器有問題，但無任何故障代碼，停機后仍能繼續(xù)運行。用鉗型電流表檢查輸入進線電流，發(fā)現(xiàn)其中一相基本無電流，但變頻器未報E008輸入缺相故障。

電路檢查：檢查變頻器的所有故障代碼，均無輸入缺相E008故障。

檢測變頻器主回路，發(fā)現(xiàn)其中一個整流橋有炸裂痕跡，用萬用表檢測D2/D5，發(fā)現(xiàn)“二極管正向不導(dǎo)通，反向也不導(dǎo)通”，即變頻器缺相。

圖中：

1—接觸器2—濾波電容3—整流電橋4—熱敏電阻5—整流橋風(fēng)扇6—IPM

7—驅(qū)動板8—工頻變壓器9—限流電阻10—IPM風(fēng)扇

8 其他故障的排除

8.1 電磁干擾故障的排除

1.變頻器干擾分析

變頻器的干擾問題一般分為：變頻器自身干擾；外界設(shè)備產(chǎn)生的電磁波對變頻器干擾；變頻器對其它弱電設(shè)備干擾3種情況。

變頻器的干擾途徑為：傳導(dǎo)干擾、電磁波輻射干擾和磁場耦合干擾。在變頻器的外部控制設(shè)備上和控制信號線上產(chǎn)生干擾信號，這個干擾信號和控制信號相疊加，進行變頻器的控制。因此，電磁干擾多反映在變頻器的運行控制上。如電動機在運行過程中突然停機，電動機運行時快時慢，運行速度不穩(wěn)定，電動機停不下來，按鈕不起作用等等，這些都是變頻器可能受到干擾的具體體現(xiàn)。

干擾途徑

變頻器受到電磁 干擾的主要原因是變頻器的屏蔽不良。一是電源線屏蔽不良，PWM波輻射嚴(yán)重；二是控制設(shè)備、信號線屏蔽不良，感應(yīng)進了干擾信號；三是沒有合理的接地，四是工頻電源的干擾諧波傳入了控制設(shè)備。從發(fā)生的電磁干擾案例分析，問題主要出現(xiàn)在上述四個方面。

當(dāng)判斷變頻器為電磁干擾，首先檢查變頻器的接地情況，信號線的屏蔽情況和走向，電源線是否進行了屏蔽，是否套入共軛磁環(huán)，是否接入濾波器等。可用示波器進行控制信號的觀察，從而發(fā)現(xiàn)干擾途徑。

案例11：變頻器儀表干擾不能正常工作

案例現(xiàn)象：某公司進行水泵節(jié)能改造項目，安裝了9臺ABB ACS系列變頻器，其中8 臺變頻器是ACS-510系列，功率范圍為45110 kW；另外一臺變頻器是ACS-800 系列，功率為200 kW，此臺變頻器和另外一臺45 k變頻器安裝在一臺1 000 kV·A車間變壓器供電的380 V母線上。變頻器的420 mA 調(diào)速信號均來自PLC 控制系統(tǒng)。

案例調(diào)試：在調(diào)試中ACS-510 系列變頻器運轉(zhuǎn)正常，但ACS-800變頻器運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)了兩個問題。1）兩線制儀表信號受到干擾，測量值出現(xiàn)波動。波動比較嚴(yán)重時，控制系統(tǒng)發(fā)出壓力高或者壓力低的信號，控制系統(tǒng)均誤認(rèn)為是壓力過低，而自動關(guān)閉一些閥門。下圖 曲線為變頻器工作和停止時儀表的記錄曲線，由圖可見，變頻器工作時儀表中感應(yīng)了較強的干擾信號。但是，除了兩線制以外的儀表，均正常工作，沒有受到干擾。

2）變頻器運行后，車間變壓器保護裝置誤動作，經(jīng)常發(fā)出過負(fù)荷報警，甚至發(fā)生誤動作跳閘，而變壓器實際負(fù)荷才500 kW，并沒有出現(xiàn)過負(fù)荷。

故障分析：初步判斷是因為變頻器功率比較大，產(chǎn)生的電磁干擾也比較強烈，并且由于控制線與動力線距離比較近造成的。其4~20 mA 調(diào)速信號電纜采用的是屏蔽雙絞線，穿鍍鋅鋼管后沿電纜橋架敷設(shè)，鋼管與電纜橋架的距離約為5 cm。

故障處理：將控制電纜和動力電纜之間的距離調(diào)整到30 cm 以上再次試驗，發(fā)現(xiàn)干擾現(xiàn)象仍然存在；為了再次確認(rèn)是否是電磁干擾沿控制線路引入PLC控制系統(tǒng)，將控制電纜從PLC 控制柜去除，變頻器控制柜現(xiàn)場手動調(diào)速，發(fā)現(xiàn)兩線制儀表信號受到的干擾現(xiàn)象仍然存在，所以基本排除了是電磁干擾信號沿控制線路引入PLC 控制系統(tǒng)。隨后采用專用電能質(zhì)量測試儀對變頻器供電回路進行諧波測試。測試諧波數(shù)據(jù)如表2 所列，諧波電流波形和諧波含量如圖3、圖4 所示。

從測試的諧波數(shù)據(jù)可知，變頻器產(chǎn)生了大量諧波，主要以5次、7 次、11 次諧波居多。從變頻器電壓曲線可以明顯的看出，諧波電流使正常的電壓曲線不再是正弦曲線；諧波含量柱形圖所顯示的情形和所測得的諧波數(shù)值相吻合，證實了是變頻器諧波以電磁傳導(dǎo)方式傳播到供電網(wǎng)絡(luò)中去，從而影響到儀表變壓器繼電保護裝置不能正常工作。根據(jù)以上測試結(jié)果，仔細(xì)分析了ACS-510 系列變頻器和ACS-800 變頻器的結(jié)構(gòu)區(qū)別，從ABB變頻器使用手冊和其他技術(shù)資料中發(fā)現(xiàn)，兩種變頻器在其附件配置上稍微有點區(qū)別。

ACS-510系列變頻器輸入端內(nèi)置了一臺變感式交流輸入電抗器和RFI濾波器。交流電抗器和RFI 濾波器是標(biāo)準(zhǔn)配置，在實際使用中不需要額外的濾波器。而ACS-800變頻器在輸入端只內(nèi)置了一臺交流輸入電抗器。EMC 濾波器是可選設(shè)備，如果在設(shè)備訂貨時沒有要求強調(diào)安裝EMC 濾波器，ABB 廠家只在輸入端內(nèi)置一臺交流輸入電抗器。經(jīng)核實，這臺變頻器訂貨時確實沒有要求配置EMC 濾波器，于是在變頻器輸入端增加了一臺變頻器專用FT330-400型輸入濾波器，然后再開機試驗，儀表信號受干擾現(xiàn)象消除，并且變壓器繼電保護裝置誤動作事故也不再發(fā)生。

總結(jié)：

1.變頻器的信號線必須進行良好屏蔽。當(dāng)信號線大于5m以上時，要用鍍鋅鐵管屏蔽。

2.變頻器的容量大于50kW以上時，要在輸入端加電磁濾波器，以濾除變頻器諧波對電網(wǎng)的干擾。如果變頻器的容量很大，對電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾是很嚴(yán)重的，使工作在電網(wǎng)上的電器都受到不同程度的干擾，甚至使控制系統(tǒng)癱瘓。

5.8.2 變頻器的軟件故障

變頻器由單片機控制，可進行程序預(yù)置，通過內(nèi)部程序運行，控制變頻器按照預(yù)置設(shè)定進行工作。變頻器的硬件是由半導(dǎo)體電路組成的，易受溫度、強光照射、電磁輻射等的影響。當(dāng)硬件受到了干擾，不能處于正常的開關(guān)狀態(tài)，則運行程序就受到干擾，不能按設(shè)定值運行；變頻器的原始程序是由人工編制的，總有考慮不周的地方，當(dāng)遇到一些突發(fā)因素，就有可能造成死機、失控等現(xiàn)象。有的失控現(xiàn)象和電磁干擾混在一起，不好區(qū)分。往往有這種情況，變頻器失控，將參數(shù)恢復(fù)為出廠設(shè)置，再重新預(yù)置，變頻器工作正常。