1 引言
電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，但運(yùn)行電流超過了額定值，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），而且過載是有一個(gè)時(shí)間的積累，當(dāng)積累值達(dá)到時(shí)才報(bào)過載故障。
本文將主要探討變頻器過載形成的原因及其處理辦法。

2 變頻器過載故障的原因及解決對(duì)策
變頻器過載的工作機(jī)制如圖1所示。根據(jù)變頻器的結(jié)構(gòu)原理可以知道，變頻器過載發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn)：
（1）機(jī)械負(fù)荷過重，其主要特征是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，可從變頻器顯示屏上讀取運(yùn)行電流來發(fā)現(xiàn)；
（2）三相電壓不平衡，引起某相的運(yùn)行電流過大，導(dǎo)致過載跳閘，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不均衡，從顯示屏上讀取運(yùn)行電流時(shí)不一定能發(fā)現(xiàn)(因很多變頻器顯示屏只顯示一相電流)；
（3）誤動(dòng)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(hào)偏大，導(dǎo)致過載跳閘。

圖1 變頻器過載工作機(jī)制

而對(duì)于變頻器過載故障的檢查方法和解決對(duì)策包括以下2點(diǎn)：
（1）檢查電動(dòng)機(jī)是否發(fā)熱，如果電動(dòng)機(jī)的溫升不高，則首先應(yīng)檢查變頻器的電子熱保護(hù)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(hù)功能的預(yù)置值。
如果電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的負(fù)荷過重。這時(shí)，應(yīng)考慮能否適當(dāng)加大傳動(dòng)比，以減輕電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)荷。如能夠加大，則加大傳動(dòng)比。如果傳動(dòng)比無法加大，則應(yīng)加大電動(dòng)機(jī)的容量。
（2）檢查電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓是否平衡，如果電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(diǎn)的接觸狀況是否良好等。
如果電動(dòng)機(jī)側(cè)三相電壓平衡，則應(yīng)了解跳閘時(shí)的工作頻率:如工作頻率較低，又未用矢量控制(或無矢量控制) ，則首先降低u/ f 比，如果降低后仍能帶動(dòng)負(fù)載，則說明原來預(yù)置的u/ f 比過高，勵(lì)磁電流的峰值偏大，可通過降低u/ f 比來減小電流;如果降低后帶不動(dòng)負(fù)載了，則應(yīng)考慮加大變頻器的容量;如果變頻器具有矢量控制功能，則應(yīng)采用矢量控制方式。

3 案例分析1:水泵變頻器過載
（1）故障現(xiàn)象
某供水單位使用艾默生td2000-4t0300p（30kw）變頻器拖動(dòng)水泵負(fù)載（如圖2所示），使用過程中變頻器經(jīng)常報(bào)e013故障，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(jī)、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min，是否與上述現(xiàn)象發(fā)生沖突？

圖2 水泵變頻控制

（2）分析處理
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，e013的原因?yàn)樽冾l器帶載能力不夠，需要更換更高一級(jí)的變頻器，即td2000-4t0370p或ev2000-4t0370p（37kw）。
變頻器運(yùn)行過程輸出電流大于等于變頻器額定電流，但達(dá)不到變頻器過流點(diǎn)，在運(yùn)行一段時(shí)間后產(chǎn)生過載保護(hù)，變頻器過載保護(hù)按反時(shí)限曲線不同分為g型和p型。反時(shí)限曲線i2t即指動(dòng)作時(shí)限與通入電流大小的平方成反比，通入電流越大，則動(dòng)作時(shí)限越短，該曲線在出廠時(shí)由機(jī)型參數(shù)唯一確定，用戶不能改。
本例機(jī)型分為p型機(jī)，其p型反時(shí)限曲線（圖3所示）說明當(dāng)變頻器輸出電流達(dá)到95％持續(xù)時(shí)間達(dá)到1h則報(bào)e013，當(dāng)變頻器輸出電流達(dá)到110％,持續(xù)時(shí)間達(dá)到1min，也同時(shí)報(bào)e013。

圖3 變頻器p型機(jī)反時(shí)限曲線

本案例可以選擇高一檔的ev2000-4t0370p變頻器，在更換完變頻器之后，還必須設(shè)置以下參數(shù)：
◆　f0.08：變頻器機(jī)型選擇為p型。

由于變頻器出廠參數(shù)設(shè)置為g型，本案例中選擇p型機(jī)，需要將f0.08功能碼設(shè)置為1。
◆　fh.00～fh.02：電機(jī)參數(shù)按照實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

為了保證控制水泵的性能，務(wù)必按照電機(jī)的銘牌參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置電機(jī)極數(shù)、額定功率和額定電流。
（3）案例歸納
很多品牌的變頻器在45kw及以下機(jī)型都采用g/p合一方式，即用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載g型適配電機(jī)功率比用于風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載p型時(shí)小一檔。g/p合一方式是考慮到風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載基本不過載的實(shí)際情況，但是由于g/p合一的變頻器本質(zhì)上并沒有擴(kuò)大容量，只是變頻器的軟件發(fā)生變化，實(shí)際上就是反時(shí)限i2t曲線發(fā)生了變化，但使用中往往容易遭到誤解，尤其是當(dāng)用戶的工藝過程發(fā)生變化，比如水泵流量增加、濃度增大、風(fēng)量增大等等，電機(jī)的實(shí)際電流往往會(huì)上升，從而導(dǎo)致變頻器過載保護(hù)。

4 案例分析2：離心風(fēng)機(jī)變頻器過載
（1）故障現(xiàn)象
某化工廠離心風(fēng)機(jī)15kw（如圖4所示），采用ev2000-4t0150p帶動(dòng)，2極，額定轉(zhuǎn)速2950r/min。變頻器帶電機(jī)空載運(yùn)行，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行到12hz左右時(shí)，輸出頻率在此附近振蕩，振蕩幾次后有時(shí)頻率會(huì)繼續(xù)上升，有時(shí)就報(bào)e013過載故障，但有時(shí)啟動(dòng)又能正常。

圖4 離心風(fēng)機(jī)變頻控制

（2）分析處理
觀察在12hz附近振蕩時(shí)的變頻器狀態(tài)，電流很大，基本上達(dá)到額定電流，在電流振蕩的情況下出現(xiàn)限流，因此造成頻率上不去。測量此時(shí)的波形，如圖5所示。

圖5 12hz時(shí)的振蕩電流波形

做電機(jī)辨識(shí)，辨識(shí)出來的電機(jī)參數(shù)與默認(rèn)值基本一致，重新運(yùn)行，變頻器仍然會(huì)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，而且是基本在同一頻率段12hz附近，懷疑是軟件pwm調(diào)制問題，因?yàn)樵擃l段剛好是ev2000的三相調(diào)制svpwm到改進(jìn)的兩相svpwm調(diào)制的切換點(diǎn)（如圖6所示）。

圖6 調(diào)制及其切換

從波形上確認(rèn)后，決定修改電機(jī)穩(wěn)定因子fh.10，變頻器啟動(dòng)正常，再?zèng)]有發(fā)生過載問題。
本例中設(shè)置參數(shù)如下：
fh.10：電機(jī)穩(wěn)定因子

電機(jī)穩(wěn)定因子用于抑止變頻器與電機(jī)配合時(shí)所產(chǎn)生的固有振蕩。本例中恒定負(fù)載運(yùn)行時(shí)輸出電流反復(fù)變化，在出廠參數(shù)（穩(wěn)定因子為10）的基礎(chǔ)上調(diào)整為40，完全消除振蕩，使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行（其波形如圖7所示）。

圖7 電機(jī)穩(wěn)定因子調(diào)整后的12hz輸出電流波形

（3）案例歸納
艾默生ev2000系列變頻器綜合考慮了變頻器運(yùn)行損耗、電機(jī)運(yùn)行噪音和穩(wěn)定性等多方面的要求，將經(jīng)典的三相svpwm（任意開關(guān)周期內(nèi)又三相開關(guān)）與改進(jìn)的兩相調(diào)制svpwm（任意開關(guān)周期內(nèi)僅有兩相開關(guān)）完美地結(jié)合在一起。低頻時(shí)采用三相調(diào)制，有效地改善輸出波形；高速時(shí)采用兩相調(diào)制，有效地減少開關(guān)次數(shù)，降低開關(guān)損耗，減少死區(qū)的影響。但是12hz附近剛好是三相調(diào)制與兩相調(diào)制的切換點(diǎn)，在電機(jī)空載、輕載時(shí)易發(fā)生振蕩。
為了彌補(bǔ)切換點(diǎn)的問題，ev2000采用獨(dú)特的控制方式，通過調(diào)整電機(jī)穩(wěn)定因子，可以抑制變頻器與電機(jī)配合時(shí)的固有振蕩以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，確保輕載運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而最終消除e013過載故障。

5 結(jié)束語
綜上所述，變頻器過載故障說明了電機(jī)與變頻器的選型存在嚴(yán)格的關(guān)系。
電機(jī)選型首先應(yīng)該根據(jù)負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的平均功率、最高功率，折算到電機(jī)軸側(cè)（可能有減速機(jī)、皮帶輪等減速裝置）選擇電機(jī)的功率，同時(shí)也要考慮電機(jī)的過載能力。電機(jī)廠商可以提供電機(jī)的力矩特性曲線，不同溫度下電機(jī)特性會(huì)變化。順便說，選型的順序當(dāng)然是先選電機(jī)再根據(jù)電機(jī)選擇變頻器，因?yàn)榭刂频淖罱K目的不是變頻器也不是電機(jī)，而是機(jī)械負(fù)載。
而變頻器的選型第一應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是根據(jù)電流選型。對(duì)于一般負(fù)載，可以根據(jù)電機(jī)的額定電流選擇變頻器，即變頻器額定電流（即常規(guī)環(huán)境下的最大持續(xù)工作電流）大于電機(jī)額定電流即可。但是必須要考慮極限狀況的出現(xiàn)。因此變頻器還需要可以提供短時(shí)間的過載電流。（注意：電機(jī)的電流是由機(jī)械負(fù)載決定的）
變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時(shí)限曲線，描述了過載電流和時(shí)間的關(guān)系。這就是變頻器說明書上經(jīng)常說到的過載能力可以達(dá)到150％額定電流2s、180％額定電流2s等，實(shí)際上是一條曲線。因此，只要電機(jī)的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內(nèi)，就是正確的選型。這就是為什么有時(shí)候變頻器功率要大于電機(jī)功率1檔或2檔（比如起重應(yīng)用），有時(shí)候小功率變頻器仍然可以驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)（比如輸送帶）的原因。
另一個(gè)必須注意的，在非正常環(huán)境下，比如高海拔、高環(huán)境溫度（例如大于50℃小于60℃環(huán)境）、并排安裝方式（有些變頻器并排安裝不降容，有些要降容，根據(jù)變頻器設(shè)計(jì)決定）等情況下，要考慮變頻器的降容。因此，變頻器的額定功率可能大于電機(jī)功率，也可以小于電機(jī)功率，事實(shí)上變頻器的選型也是根據(jù)機(jī)械負(fù)載決定的。
總之，變頻器選型的最終依據(jù)，是變頻器的電流曲線包括機(jī)械負(fù)載的電流曲線。

作者簡介
李方園（1973-） 高級(jí)工程師，長期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作。

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