變頻調速在風機上的應用具有顯著的節(jié)能效果，并且具有無沖擊啟動和軟停機的優(yōu)良控制特性。因此，變頻器首先在冶金、電力、石化、供熱和民用風機水泵的控制領域得到廣泛的應用。由于煤礦生產的特殊環(huán)境和安全上的特殊要求，變頻器在煤礦的應用起步比較晚。隨著我國市場經濟的深入發(fā)展，煤礦的增產、降耗、提效被提到了重要地位，設備節(jié)能改造勢在必行。
某煤礦企業(yè)使用了K40-4型礦用風機做為掘進通風的局扇，并配備了艾默生TD2000-4T0300P（30kW）變頻器。該節(jié)能改造項目使用變頻風機，其目的主要是為了解決掘進工作面定量供風狀況以及嚴重浪費能源不合理的現(xiàn)象。同時實現(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，礦用風機在使用過程中變頻器經常出現(xiàn)過載（E013）故障，檢查故障電流記錄為 58A，變頻器額定電流60A，經查說明書發(fā)現(xiàn)風機、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min ，似與上述現(xiàn)象矛盾。本文主要論述該風機變頻故障的分析與處理過程。
1 礦用風機變頻的故障處理
1.1 過載的主要原因
電動機能夠旋轉，但運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），而且過載是有一個時間的積累，當積累值達到時才報過載故障。
過載發(fā)生的主要原因有以下幾點［1］。
(1) 機械負荷過重，其主要特征是電動機發(fā)熱，可從變頻器顯示屏上讀取運行電流來發(fā)現(xiàn)。
(2) 三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，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)。
(3) 誤動作，變頻器內部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導致過載跳閘。
1.2 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，則首先應檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應放寬電子熱保護功能的預置值。
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荷過重。此時，應考慮能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。
(2) 檢查電動機側三相電壓是否平衡，如果電動機側的三相電壓不平衡，則應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，則還應檢查有關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。
如果電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率 : 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負載，則說明原來預置的U/f比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低U/f比來減小電流；如果降低后帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量；如果變頻器具有矢量控制功能，則應采用矢量控制方式。
1.3 礦用風機變頻過載的故障處理
經現(xiàn)場了解和查看，發(fā)現(xiàn)該風機負載長期工作在48Hz，電流長期在58A左右，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TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37kW）。
變頻器運行過程輸出電流大于等于變頻器額定電流，但達不到變頻器過流點，在運行一段時間后產生過載保護，變頻器過載保護按反時限曲線不同分為G型和P型。反時限曲線i2t即指動作時限與通入電流大小的平方成反比。通入電流越大，則動作時限越短， 該曲線在出廠時由機型參數(shù)唯一確定，用戶不能改。
本例機型為P型機，其P型反時限曲線（圖2）說明當變頻器輸出電流達到95％，持續(xù)時間達到1h時，則報E013；當變頻器輸出電流達到110％，持續(xù)時間達到1min時，也同時報 E013［2］。
為了保證控制風機的性能，務必按照電機的銘牌參數(shù)，進行正確設置電機極數(shù)、額定功率和額定電流。
2 結論
很多品牌的變頻器在45kW及以下機型都采用G/P合一方式，即用于恒轉矩負載G型適配電機功率比用于風機、水泵類負載P型時小一擋。G/P合一方式是考慮到風機、泵類負載基本不過載的實際情況，但是由于G/P合一的變頻器本質上并沒有擴大容量，只是變頻器的軟件發(fā)生變化，實際上就是反時限i2t曲線發(fā)生了變化，但使用中通常容易遭到誤解，尤其是當用戶的工藝過程發(fā)生變化，比如水泵流量增加、輸送介質的密度增大、風機風量增大等，電機的實際電流往往會上升，從而導致變頻器過載保護。
本案例也說明了電機與變頻器的選型關系。電機選型首先應該根據負載運動時所需要的平均功率、最高功率，折算到電機軸側（可能有減速機、皮帶輪等減速裝置）選擇電機的功率，同時也要考慮電機的過載能力。電機廠商可以提供電機的力矩特性曲線，不同溫度下電機特性會變化。選型的順序當然是先選電機再根據電機選擇變頻器，因為控制的最終目的不是變頻器也不是電機，而是機械負載。
而變頻器的選型第一應該強調的是電流。對于一般負載，可以根據電機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間的過載電流。
變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時限曲線，描述了過載電流和時間的關系。這就是變頻器說明書上經常說到的過載能力可以達到150％額定電流2s、180％額定電流2s等，實際上是一條曲線。因此，只要電機的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內，就是正確的選型。這就是為什么有時候變頻器功率要大于電機功率1擋或2擋（比如起重應用），有時候小功率變頻器仍然可以驅動大功率電機（比如輸送帶）的原因。
另一個必須注意的，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，根據變頻器設計決定）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功率，也可以小于電機功率，事實上變頻器的選型也是根據機械負載決定的。
總之，變頻器選型的最終依據，是變頻器的電流曲線包括機械負載的電流曲線，這也正是本次礦用風機故障的真正原因。
參 考 文 獻
[1] 李方園.變頻器行業(yè)應用實踐[M].北京：電力出版社，2006.5.
[2] 李方園.變頻器故障排除[M].北京:化學工業(yè)出版社，2009.1.
某煤礦企業(yè)使用了K40-4型礦用風機做為掘進通風的局扇，并配備了艾默生TD2000-4T0300P（30kW）變頻器。該節(jié)能改造項目使用變頻風機，其目的主要是為了解決掘進工作面定量供風狀況以及嚴重浪費能源不合理的現(xiàn)象。同時實現(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，礦用風機在使用過程中變頻器經常出現(xiàn)過載（E013）故障，檢查故障電流記錄為 58A，變頻器額定電流60A，經查說明書發(fā)現(xiàn)風機、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min ，似與上述現(xiàn)象矛盾。本文主要論述該風機變頻故障的分析與處理過程。
1 礦用風機變頻的故障處理
1.1 過載的主要原因
電動機能夠旋轉，但運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），而且過載是有一個時間的積累，當積累值達到時才報過載故障。
圖1 過載示意圖
過載發(fā)生的主要原因有以下幾點［1］。
(1) 機械負荷過重，其主要特征是電動機發(fā)熱，可從變頻器顯示屏上讀取運行電流來發(fā)現(xiàn)。
(2) 三相電壓不平衡，引起某相的運行電流過大，導致過載跳閘，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)。
(3) 誤動作，變頻器內部的電流檢測部分發(fā)生故障，檢測出的電流信號偏大，導致過載跳閘。
1.2 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，則首先應檢查變頻器的電子熱保護功能預置得是否合理，如變頻器尚有余量，則應放寬電子熱保護功能的預置值。
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荷過重。此時，應考慮能否適當加大傳動比，以減輕電動機軸上的負荷。如能夠加大，則加大傳動比。如果傳動比無法加大，則應加大電動機的容量。
(2) 檢查電動機側三相電壓是否平衡，如果電動機側的三相電壓不平衡，則應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，則還應檢查有關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。
如果電動機側三相電壓平衡，則應了解跳閘時的工作頻率 : 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負載，則說明原來預置的U/f比過高，勵磁電流的峰值偏大，可通過降低U/f比來減小電流；如果降低后帶不動負載了，則應考慮加大變頻器的容量；如果變頻器具有矢量控制功能，則應采用矢量控制方式。
1.3 礦用風機變頻過載的故障處理
經現(xiàn)場了解和查看，發(fā)現(xiàn)該風機負載長期工作在48Hz，電流長期在58A左右，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TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37kW）。
變頻器運行過程輸出電流大于等于變頻器額定電流，但達不到變頻器過流點，在運行一段時間后產生過載保護，變頻器過載保護按反時限曲線不同分為G型和P型。反時限曲線i2t即指動作時限與通入電流大小的平方成反比。通入電流越大，則動作時限越短， 該曲線在出廠時由機型參數(shù)唯一確定，用戶不能改。
本例機型為P型機，其P型反時限曲線（圖2）說明當變頻器輸出電流達到95％，持續(xù)時間達到1h時，則報E013；當變頻器輸出電流達到110％，持續(xù)時間達到1min時，也同時報 E013［2］。
為了保證控制風機的性能，務必按照電機的銘牌參數(shù)，進行正確設置電機極數(shù)、額定功率和額定電流。
2 結論
很多品牌的變頻器在45kW及以下機型都采用G/P合一方式，即用于恒轉矩負載G型適配電機功率比用于風機、水泵類負載P型時小一擋。G/P合一方式是考慮到風機、泵類負載基本不過載的實際情況，但是由于G/P合一的變頻器本質上并沒有擴大容量，只是變頻器的軟件發(fā)生變化，實際上就是反時限i2t曲線發(fā)生了變化，但使用中通常容易遭到誤解，尤其是當用戶的工藝過程發(fā)生變化，比如水泵流量增加、輸送介質的密度增大、風機風量增大等，電機的實際電流往往會上升，從而導致變頻器過載保護。
本案例也說明了電機與變頻器的選型關系。電機選型首先應該根據負載運動時所需要的平均功率、最高功率，折算到電機軸側（可能有減速機、皮帶輪等減速裝置）選擇電機的功率，同時也要考慮電機的過載能力。電機廠商可以提供電機的力矩特性曲線，不同溫度下電機特性會變化。選型的順序當然是先選電機再根據電機選擇變頻器，因為控制的最終目的不是變頻器也不是電機，而是機械負載。
而變頻器的選型第一應該強調的是電流。對于一般負載，可以根據電機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間的過載電流。
變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時限曲線，描述了過載電流和時間的關系。這就是變頻器說明書上經常說到的過載能力可以達到150％額定電流2s、180％額定電流2s等，實際上是一條曲線。因此，只要電機的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內，就是正確的選型。這就是為什么有時候變頻器功率要大于電機功率1擋或2擋（比如起重應用），有時候小功率變頻器仍然可以驅動大功率電機（比如輸送帶）的原因。
另一個必須注意的，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，根據變頻器設計決定）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功率，也可以小于電機功率，事實上變頻器的選型也是根據機械負載決定的。
總之，變頻器選型的最終依據，是變頻器的電流曲線包括機械負載的電流曲線，這也正是本次礦用風機故障的真正原因。
參 考 文 獻
[1] 李方園.變頻器行業(yè)應用實踐[M].北京：電力出版社，2006.5.
[2] 李方園.變頻器故障排除[M].北京:化學工業(yè)出版社，2009.1.
