變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動(dòng)和軟停機(jī)的優(yōu)良控制特性。因此，變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風(fēng)機(jī)水泵的控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應(yīng)用起步比較晚。隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，煤礦的增產(chǎn)、降耗、提效被提到了重要地位，設(shè)備節(jié)能改造勢在必行。
某煤礦企業(yè)使用了K40-4型礦用風(fēng)機(jī)做為掘進(jìn)通風(fēng)的局扇，并配備了艾默生TD2000-4T0300P（30kW）變頻器。該節(jié)能改造項(xiàng)目使用變頻風(fēng)機(jī)，其目的主要是為了解決掘進(jìn)工作面定量供風(fēng)狀況以及嚴(yán)重浪費(fèi)能源不合理的現(xiàn)象。同時(shí)實(shí)現(xiàn)在瓦斯積聚后安全、有效、快速地排放瓦斯，防止瓦斯爆炸。
但是，礦用風(fēng)機(jī)在使用過程中變頻器經(jīng)常出現(xiàn)過載（E013）故障，檢查故障電流記錄為 58A，變頻器額定電流60A，經(jīng)查說明書發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min ，似與上述現(xiàn)象矛盾。本文主要論述該風(fēng)機(jī)變頻故障的分析與處理過程。
1 礦用風(fēng)機(jī)變頻的故障處理
1.1 過載的主要原因
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（圖1）。過載的基本特征：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也沒有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。
過載發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn)［1］。
(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，檢測出的電流信號偏大，導(dǎo)致過載跳閘。
1.2 過載故障的解決對策
(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。此時(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。
1.3 礦用風(fēng)機(jī)變頻過載的故障處理
經(jīng)現(xiàn)場了解和查看，發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)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)型為P型機(jī)，其P型反時(shí)限曲線（圖2）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時(shí)，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時(shí)，也同時(shí)報(bào) E013［2］。
為了保證控制風(fēng)機(jī)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。
2 結(jié)論
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)小一擋。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，但使用中通常容易遭到誤解，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、輸送介質(zhì)的密度增大、風(fēng)機(jī)風(fēng)量增大等，電機(jī)的實(shí)際電流往往會上升，從而導(dǎo)致變頻器過載保護(hù)。
本案例也說明了電機(jī)與變頻器的選型關(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)特性會變化。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)的是電流。對于一般負(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)。因此變頻器還需要提供短時(shí)間的過載電流。
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擋或2擋（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以大于電機(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，這也正是本次礦用風(fēng)機(jī)故障的真正原因。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 李方園.變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電力出版社，2006.5.
[2] 李方園.變頻器故障排除[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1.
某煤礦企業(yè)使用了K40-4型礦用風(fēng)機(jī)做為掘進(jìn)通風(fēng)的局扇，并配備了艾默生TD2000-4T0300P（30kW）變頻器。該節(jié)能改造項(xiàng)目使用變頻風(fēng)機(jī)，其目的主要是為了解決掘進(jìn)工作面定量供風(fēng)狀況以及嚴(yán)重浪費(fèi)能源不合理的現(xiàn)象。同時(shí)實(shí)現(xiàn)在瓦斯積聚后安全、有效、快速地排放瓦斯，防止瓦斯爆炸。
但是，礦用風(fēng)機(jī)在使用過程中變頻器經(jīng)常出現(xiàn)過載（E013）故障，檢查故障電流記錄為 58A，變頻器額定電流60A，經(jīng)查說明書發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min ，似與上述現(xiàn)象矛盾。本文主要論述該風(fēng)機(jī)變頻故障的分析與處理過程。
1 礦用風(fēng)機(jī)變頻的故障處理
1.1 過載的主要原因
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（圖1）。過載的基本特征：電流雖然超過了額定值，但超過的幅度不大，一般也沒有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。
圖1 過載示意圖
過載發(fā)生的主要原因有以下幾點(diǎn)［1］。
(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，檢測出的電流信號偏大，導(dǎo)致過載跳閘。
1.2 過載故障的解決對策
(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。此時(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。
1.3 礦用風(fēng)機(jī)變頻過載的故障處理
經(jīng)現(xiàn)場了解和查看，發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)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)型為P型機(jī)，其P型反時(shí)限曲線（圖2）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時(shí)，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時(shí)，也同時(shí)報(bào) E013［2］。
為了保證控制風(fēng)機(jī)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。
2 結(jié)論
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)小一擋。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，但使用中通常容易遭到誤解，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、輸送介質(zhì)的密度增大、風(fēng)機(jī)風(fēng)量增大等，電機(jī)的實(shí)際電流往往會上升，從而導(dǎo)致變頻器過載保護(hù)。
本案例也說明了電機(jī)與變頻器的選型關(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)特性會變化。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)的是電流。對于一般負(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)。因此變頻器還需要提供短時(shí)間的過載電流。
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擋或2擋（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以大于電機(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，這也正是本次礦用風(fēng)機(jī)故障的真正原因。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 李方園.變頻器行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐[M].北京：電力出版社，2006.5.
[2] 李方園.變頻器故障排除[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.1.
