1 引言
電動機能夠旋轉，但運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），而且過載是有一個時間的積累，當積累值達到時才報過載故障。
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策
變頻器過載的工作機制如圖1所示。根據變頻器的結構原理可以知道，變頻器過載發生的主要原因有以下幾點：
（1）機械負荷過重，其主要特征是電動機發熱，可從變頻器顯示屏上讀取運行電流來發現；
（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，其特點是電動機發熱不均衡，從顯示屏上讀取運行電流時不一定能發現(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生故障，檢測出的電流信號偏大，導致過載跳閘。
圖1 變頻器過載工作機制
而對于變頻器過載故障的檢查方法和解決對策包括以下2點：
（1）檢查電動機是否發熱，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，而所出現的過載又屬于正常過載，則說明是電動機的負荷過重。這時，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。
3 案例分析1:水泵變頻器過載
（1）故障現象
某供水單位使用艾默生td2000-4t0300p（30kw）變頻器拖動水泵負載（如圖2所示），使用過程中變頻器經常報e013故障，檢查故障電流記錄58a，變頻器額定電流60a，經查說明書：風機、水泵變頻器過載能力110％額定電流1min，是否與上述現象發生沖突？
圖2 水泵變頻控制
（2）分析處理
經現場了解和查看，發現水泵負載長期工作在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唯一確定，用戶不能改。
本例機型分為p型機，其p型反時限曲線（圖3所示）說明當變頻器輸出電流達到95％持續時間達到1h則報e013，當變頻器輸出電流達到110％,持續時間達到1min，也同時報e013。
圖3 變頻器p型機反時限曲線
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，還必須設置以下參數：
◆ f0.08：變頻器機型選擇為p型。
由于變頻器出廠參數設置為g型，本案例中選擇p型機，需要將f0.08功能碼設置為1。
◆ fh.00～fh.02：電機參數按照實際情況進行設定。
為了保證控制水泵的性能，務必按照電機的銘牌參數進行正確設置電機極數、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型時小一檔。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生變化，實際上就是反時限i2t曲線發生了變化，但使用中往往容易遭到誤解，尤其是當用戶的工藝過程發生變化，比如水泵流量增加、濃度增大、風量增大等等，電機的實際電流往往會上升，從而導致變頻器過載保護。
4 案例分析2：離心風機變頻器過載
（1）故障現象
某化工廠離心風機15kw（如圖4所示），采用ev2000-4t0150p帶動，2極，額定轉速2950r/min。變頻器帶電機空載運行，經常會出現運行到12hz左右時，輸出頻率在此附近振蕩，振蕩幾次后有時頻率會繼續上升，有時就報e013過載故障，但有時啟動又能正常。
圖4 離心風機變頻控制
（2）分析處理
觀察在12hz附近振蕩時的變頻器狀態，電流很大，基本上達到額定電流，在電流振蕩的情況下出現限流，因此造成頻率上不去。測量此時的波形，如圖5所示。
圖5 12hz時的振蕩電流波形
做電機辨識，辨識出來的電機參數與默認值基本一致，重新運行，變頻器仍然會出現振蕩現象，而且是基本在同一頻率段12hz附近，懷疑是軟件pwm調制問題，因為該頻段剛好是ev2000的三相調制svpwm到改進的兩相svpwm調制的切換點（如圖6所示）。
圖6 調制及其切換
從波形上確認后，決定修改電機穩定因子fh.10，變頻器啟動正常，再沒有發生過載問題。
本例中設置參數如下：
fh.10：電機穩定因子
電機穩定因子用于抑止變頻器與電機配合時所產生的固有振蕩。本例中恒定負載運行時輸出電流反復變化，在出廠參數（穩定因子為10）的基礎上調整為40，完全消除振蕩，使電機平穩運行（其波形如圖7所示）。
圖7 電機穩定因子調整后的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行損耗、電機運行噪音和穩定性等多方面的要求，將經典的三相svpwm（任意開關周期內又三相開關）與改進的兩相調制svpwm（任意開關周期內僅有兩相開關）完美地結合在一起。低頻時采用三相調制，有效地改善輸出波形；高速時采用兩相調制，有效地減少開關次數，降低開關損耗，減少死區的影響。但是12hz附近剛好是三相調制與兩相調制的切換點，在電機空載、輕載時易發生振蕩。
為了彌補切換點的問題，ev2000采用獨特的控制方式，通過調整電機穩定因子，可以抑制變頻器與電機配合時的固有振蕩以適應不同的應用場合，確保輕載運行的穩定性，從而最終消除e013過載故障。
5 結束語
綜上所述，變頻器過載故障說明了電機與變頻器的選型存在嚴格的關系。
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。順便說，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根據電流選型。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（即常規環境下的最大持續工作電流）大于電機額定電流即可。但是必須要考慮極限狀況的出現。因此變頻器還需要可以提供短時間的過載電流。（注意：電機的電流是由機械負載決定的）
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檔或2檔（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，在非正常環境下，比如高海拔、高環境溫度（例如大于50℃小于60℃環境）、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能大于電機功率，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。
作者簡介
李方園（1973-） 高級工程師，長期從事于變頻器等現代工控產品的應用與研究工作。
參考文獻
[1] 李方園. 變頻器行業應用實踐[m]. 北京:中國電力出版社,2006.5.
[2] 李方園. 變頻器自動化工程實踐[m]. 北京:電子工業出版社,2007,4.
[3] 李方園. 變頻器故障排除[m]. 北京:化學工業出版社,2009,01.
[4] 馬駿,張騰. 濟鋼kr罐車變頻器f011過電流故障的處理[j]· 變頻器世界,2007,05.
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
