现场交流电机传动调试案例及分析

现场交流电机传动调试案例及分析

Examples Analysis on AC Motor Drive Commissioning

张维舟，李树林，卫 东，胡景惠，梁国勇

1 案例1

2011年夏，郑州西郊某化工厂的现有化肥生产设备的节能技改工程，选配了5台国产某品牌的通用型变频器，功率75kW～132kW，并进行了电气柜内的成套组装。此项目由业主厂内技术人员负责，选配变频器按照：（1）对应变频器驱动的交流电机的功率大小选配。（2）按照风机、水泵类负荷选配。但负荷实际全部是各种液体液浆。投运后，带负荷调试，工作不到半天，均因过电流故障，先后停机。我们到现场后，经观察了解、技术沟通后认为，导致这些设备停机无法运行的原因是变频器与设备之间的选配错误，这些设备不能按照风机、水泵类负荷对待，而应为恒转矩负荷或恒功率负荷。

例如，其中一台液氨泵，设备启动初时，输送介质的液体外观比较清澈，稠度很小；半小时后，输送介质经工艺流程输送，明显稠度变大，实际上，在管道和阀门内部的弯道处开始淤积附着物，有沉淀形成，当变频器低频工作时，液体流速越小，沉淀越多；尤其是需要调整工艺时，待设备停机再开，就无法启动。

结论和解决方案：此次工程所选配的国产品牌通用型变频器无法使用，必须立即撤除并进行更换；如果涉及到变频器柜内的其它电气成套辅助元件，也要根据容量大小做必要的重新调整和更换布置。建议按照重载负荷选用进口品牌变频器。严格按照实际电机的电流选配，所选变频器的输出额定电流必须大于电机的额定电流。

经验：（1）必须按照电机的电流值来选配变频器。（2）必须清楚设备驱动的负荷类型，对风机、泵类，也要了解输送介质；小型风机和清水泵可以被视为风机、泵类，但是渣浆泵、工业泵、工业风机等，凡是输送介质密度或比重大的风机泵类设备，起码应被视为恒功率类负荷，或者恒转矩负荷。本案例中，业主首选的那批国产品牌变频器为通用型，其内部的菜单参数只含有对应风机水泵类负荷的使用（见图1）。

从图1中可以看出，理论上只有风机、水泵类负荷的启动过程可以从零转矩开始，另外其他两种负荷均须具备有相当量的启动转矩时，才能开始启动过程。恒功率类的启动转矩最大，因为此类负荷的速度与转矩成反比；恒转矩类负荷的转矩方向大小视为不变，一般都是重载负荷，如起动机、提升机、回转窑等。

图1 三种不同负荷的机械特性

图2 两点压频比曲线

2 案例2

2008年春，豫北某大型水泥企业新建的5000t/d水泥熟料生产线进入建设调试工作，此项目的全厂所有变频器和软启动器均按照设计院的资料要求选配了某进口品牌产品，并进行了规范的电气成套组装。某天，煤磨电力室的一台驱动输送设备的37kW变频器，随着转速的提高，出现了越来越严重的震动声，并伴有主回路发热现象。我们的驻厂人员赶到车间控制室，在没有停机在线调试的情况下，5min左右的时间解决了问题。原来在此前，有人无意中改动了此台变频器的参数设置，使得SVC V开环电压磁通矢量控制不符合此台变频器驱动的电机的要求，应改为两点压频比的基本参数（见图2）。

U0、Uns、Frs三个参数决定了变频器的压频比曲线，参数设置错误，会引起变频器的谐振。在线改正参数后，变频器的震动立即消失，随即变频器的发热现象也消失。

经验：现场的变频器、软启动器、直流控制器等电气设备都配有的小型控制面板，应被严格控制和管理，由一定技术水平级别的专人负责保管，并担当起全厂的菜单参数的设置以及修改、记录工作。禁止此外的任何人随意更改和设置菜单参数。

此次现场联调，煤粉制备的煤磨电机为：YRKK710-8，1250KW/ 10kV。在煤磨电力室的煤磨电机的电气成套包括有中压10kV电机定子回路受电柜、电机转子液体变阻柜，这些设备全部由某一家生产商选配供应；控制器选用了某知名品牌的小PC。绕线电机的启动控制过程都由这个独立的小PC控制完成，小PC与全厂DCS系统联网。

系统联调时，煤磨总是莫明其妙地错误停机，停机指令是DCS系统给出的，但DCS系统的指令应该是在收到了小PC之前的故障信号以后才给出，因此，必须理清故障信号的源头。为此，我们驻厂人员分兵值班，确保在煤磨电机停机故障出现的最先时刻观察到故障源。很快，当煤磨电机将要又一次停机前的瞬间，在水电阻小PC值班的人员观察到了小PC的输出端子最先发出了错误的给DCS的故障信号（PC输出端子的数码管亮闪了几下）。故障找到，问题随即被解决，此后煤磨一直运行正常。

经验：电气成套选配最容易被忽略的是大型设备的附属控制设备，应该引起重视。

3 案例3

2001年冬，郑州西郊某大型企业的改造项目，特种精细粉材料生产线的一台驱动分离选粉设备的37kW变频器，也选配了某进口品牌产品，进行了规范的电气成套组装。在完成了现场安装接线后，开始上电，就在变频器投运的瞬间，突然发出三声如炮杖般的脆亮响声，响声过后，旋即从变频柜里冒出了怪味刺鼻的白烟，我们立即断电，开柜查看，只见柜门上、柜子隔板边有一些屑片。打开变频器后，发现是变频器内部的输出滤波电容全部爆碎。而电气成套商变频柜出厂前的上电实验也未暴露此问题，变频器供应商更换了同规格的一台新的变频器。后发现，此发生故障的变频器是由供应商供应的一台维修过的变频器，而维修工作显然不合格。

经验：电气设备保质量，任何一个环节都要严格把关，电气成套商如果在出厂前再仔细些，可以尽早发现故障萌芽。

4 案例4

2006年豫南某大型企业的新建的100万吨/年水泥粉磨站，一台驱动风机的132kW变频器，按业主提供要求的材料表选配了某进口品牌产品，进行了规范的电气成套组装。调试过程顺利，但生产投运后，却因为此台设备在减速的过程中经常出现过电流故障跳停，使全厂一个月的生产处于不正常状态。

我们去现场服务了两次，调整了变频器的参数设置，进行了加减速时间、电流限幅值等与过电流相关参数的调整配合，但是仍然不能消除“过流跳停保护”故障的出现。经与业主技术人员在现场对工艺设备分析发现，此台设备功率较大，风机的额定转速较高，风机电机与风机之间的机械传动为轴轴直联，无减速传动比，而且因为工艺生产要求速度调节范围较大，所以在变频器调节速度时电机产生的势能较大。我们判断为大转矩惯量性负荷，兼有恒功率和恒转矩类负荷特性。当正常运行中，工艺生产需要减速或者停机时，此台电机会处于转矩惯量势能产生的能耗制动状态，而此台变频器在进行电气设备选配时，忽略了这个特点，没有考虑选配变频器的制动单元。

解决方案：立即增配此台变频器的制动单元。后来，当制动单元装配上后，此台风机一切正常，未再发生过此类故障。

经验：变频器的选配，一定要结合现场的负荷特性考虑。90kW以上的大型恒转矩类负荷，应选配制动单元。

图3 制动单元示意图

在变频器内部的直流母线侧，当变频器处于能耗制动时，势能产生的瞬间过电压和正常工作电压相叠加，会损害硅元件。一般的变频器有保护功能，一旦出现过电压，就立即自我保护停机，进入故障跳停（见图3）。

制动单元由功率开关管和制动电阻构成，功率开关管起过压信号开关作用，当直流母线出现了电压的波动时，开关管闭合，使转矩惯量产生的多余势能量进入制动单元回路，在制动电阻上以余热量形式耗掉。防止出现主回路里的瞬间过电压以及相应的自动保护停机动作。

5 案例5

2011年秋，新疆某新建的3000t/ d水泥熟料生产线，该厂全部的变频器、软启动器均按照设计院的要求选配了某进口品牌产品，进行了规范的电气成套组装。在设备单机试机时，驻厂人员发现，有一台75kW变频器内部传出异常啸叫，啸叫声音随变频器频率大小而变化。此问题必须立即解决，但此工程现场位于我国西北边陲新疆，且路途遥远交通不便，受时间和条件所限，如果专等变频器厂家赶到再解决问题是不现实的。仔细检查发现，啸叫声是由变频器内部的输出电抗器的绕组电磁感应力震动现象引起的；再反复查看发现，输出电抗器的几套固定螺栓，其中的一套少配了橡胶垫。立即请业主技术人员帮助，从厂里找到了类似的垫子替代，同时，我们驻厂人员将此台变频器内部的上下两部分的螺栓都紧固了一遍，并经认真仔细的复原后，重新启动变频器，啸叫声基本消失，至今一切正常。

TM343.2

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1001-6171（2013）05-0090-03

南建筑材料研究设计院有限责任公司，河南 郑州 450002；

2013-05-28； 编辑：蒋玉雪