0  引言

電機燒壞存在諸多因素，從整個PDS來看，可從變頻器，電機，負載及環(huán)境四個對象來分析。為避免因變頻供電引起燒電機事故，本文從電機拖動原理出發(fā)，針對變頻器燒電機可能存在的原因進行了理論深分析。并指導VEICHI AC70、AC80相關參數(shù)的優(yōu)化設置，力求知其然而知其所以然。

1 電壓參數(shù)

　　電壓型變頻器主要通過控制PWM脈沖電壓波形對電機進行控制，據(jù)相關統(tǒng)計，大多數(shù)燒電機事故由電流過大引起，因此調節(jié)等效電壓幅值相關的參數(shù)來控制電流為處理燒電機問題首當其沖的選擇，VEICHI AC70、AC80相關電壓參數(shù)如下表：

表1  VEICHI AC70、AC80、AC100相關電壓參數(shù)

為簡單計，本文后續(xù)僅以AC80參數(shù)組為例。

2 變頻器輸出電壓問題

電機電壓過高或過低，均可以導致系統(tǒng)長期過電流而燒電機，電壓問題的表現(xiàn)形式有多種多樣，有案例1杭州空壓機2012-07-30：電機低頻低壓過流運行而燒毀電機；案例2廣東木工機械2011-11-8：電機三角形接法錯接成星形接法造成低電壓驅動重載而燒電機（電壓降為原電壓的1/1.732倍，轉矩降為原轉矩的1/3）；案例3河北礦業(yè)用電機2011-09-17：電壓過高使電機磁路飽和導致電機過流跳SC，電機雖被變頻器保護，但電流卻以突變的形式危害繞組絕緣，縮短電機壽命；案例4真空泵2012-08-01：電網(wǎng)電壓太低而燒毀電機等等。

當然以上問題的直接表現(xiàn)是電機過流過熱、機械特性變軟、電機啟動能力太差等。我們通常的做法是對表1的參數(shù)進行嘗試性調整，如加大額定電壓到國標容差極限——400V甚至更高，啟用轉矩提升，AVR功能，選擇或設定V/F曲線等…殊不知該怎樣調，優(yōu)先調整哪一個，調多大等問題，因此，為避免因參數(shù)設置不當造成燒電機事故，下面重點研究此類問題。

3 電機定子頻率f1接近工頻時的分析

3.1  關系式與等效拓撲

由文獻1知，電機勵磁阻抗比定、轉子漏阻抗大很多，變頻器輸出頻率f1較大時可近似開路，對應電機機械特性表達式：

電流關系：

等效電路圖為：

    圖1  三相異步電機的T型等效電路

3.2  f1接近工頻運行AC80-F5.05小幅增加

當電機定子端電壓U1增加時，由式1知電機的電磁力矩T正比于電壓U1的平方（T∝U12），則電磁力矩T增大，為保持與負載力矩平衡，轉差率s將減小，圖1中(1-s/s) R2`增大，則轉子電流-I2`將隨之減小。

當電壓離額定值不大時，磁通Ф1還增大得不多的時候，鐵芯未飽和，結合式3和式4看，勵磁電流I0的增加是與電壓U1成比例的，因此I0 增加。

根據(jù)式2：定子電流I1=I0+(-I2), 一增一減則定子電流可能不變。但在逐步調大F5.05的過程中，負荷力矩一定時，負載電流減小占優(yōu)勢，即轉子電流-I2`的減小要快于勵磁I0 的增加，最終定子電流I1減小。

3.3  f1接近工頻運行AC80-F5.05繼續(xù)增加

當電壓U1繼續(xù)增加時，電機中的磁通將增加，由于電機磁路的飽和，根據(jù)BH曲線（見附圖），在磁通Ф1增加不多的情況下勵磁電流I0將大大增加。又由于在額定負載范圍內運行時，轉差率s很?。╯≈0.05），因此由于轉差率減小而引起轉子電流-I2`的減小小于電壓升高勵磁電流I0的增加，根據(jù)式2： I1=I0+(-I2), 結果使定子電流I1上升。

因此，當電壓升高過多時，不僅鐵損增大，而且定子繞組的銅損也要增加，電動機的功率因數(shù)變壞，從而使定子繞組過熱而易燒電機。

3.4  電網(wǎng)電壓或其它原因使U1過低

有多種可能情況使U1過低，如PWM波中的基波含量不高，直流母線電壓不夠，變頻器負載能力太低，電壓參數(shù)設置錯誤，載波頻率太高（死區(qū)時間占空比增加），電纜過長分壓，漏電流過大，案例2中的電機接法錯誤…等諸多因素。分析如下：

當電壓U1降低時，由于磁通Ф1的減小使勵磁電流I0也減小，電磁力矩T（T∝U12）以平方倍速降低，如負載力矩一定時，為維持電磁轉矩依舊不變，轉差s增大，轉子電流-I2`增大，而勵磁電流I0減小，通常前者占優(yōu)勢，根據(jù)式2：定子電流I1=I0+(-I2)，故當電壓降低時，定子電流I1通常是增大的，且直到電機產生的電磁力矩和負載力矩平衡為止。 如果電壓U1降低過多，轉差率s的增大而引起轉子電流-I2`的增加將遠大于勵磁電流I0的減小。結果使電動機的功率因數(shù)cosφ1變壞，轉子和定子電流將超過允許值。雖然由于磁通Ф1減小，鐵損或許降低一些，但銅損隨電流的平方而成正比的增加，所以總的損耗還是增加，電機將過熱。

因此，異步電機的電磁轉矩T對電源電壓U1是很敏感的，如電源電壓有所降低，電動機的轉矩會大大降低，如電動機的端電壓降低為原來電壓的80％，電機轉矩就會減少到原轉矩的64％，如電動機的端電壓降低為原來電壓的70％，電機轉矩就會減少到原轉矩的50％

4 現(xiàn)場電機f1較小時的分析

4.1  特性表達式

不管是矢量控制（E1/F不變）還是V/F控制，由于都是磁場控制，這兩種控制方式在接近工頻運行時，磁場趨于一致，即E1/F≈V/F，Ф1≈常數(shù)，而這兩種控制的主要區(qū)別在低頻端，由式1可推導出 V/F控制下的最大轉矩為（參考文獻1）：

(7) 而矢量控制的最大轉矩：

從式7可以看出，保持U1/f1為常數(shù)，當f1接近額定頻率時，R1<< (X1σ+X`2σ) ,隨著f1的減小，Tm減小得不多，因此與矢量控制區(qū)別不大。但是，當f1較低時，X1σ+X`2σ比較小，R1相對變大了。這樣一來，隨著f1的減小， Tm減小了。從而解釋了V/F控制下，電機低頻轉矩降低，機械特性變壞。

4.2  V/F控制下f1較低運行需自設定F8.01—F8.10

當電機運行于低速時(n≈0，s≈1)，這時的定子電壓U1全部降落在定、轉子的漏阻抗上。通常定、轉子的漏阻抗Z1≈Z`2 (F5.08≈F5.09)，這樣定、轉子漏阻抗上的電壓降各近似為定子電壓U1的一半左右。也就是說，定子感應電動勢E1近似是U1的一半左右，氣隙主磁通Ф1也將變?yōu)榭蛰d時的一半左右。所以： （1）啟動困難時，須適當設定轉矩提升值F8.12對定子電壓U1，確切的說，對定子感應電動勢E1進行提升補償 （2）出現(xiàn)如案例1的低頻低壓大電流情況，可適當將低頻點對應的電壓進行設定，其原理與3.2、3.3節(jié)調試F5.05參數(shù)相同，不予贅述。

4.3  矢量控制下f1較低運行需學習準確   矢量控制不同于V/F控制，從式8分析， f1較低時，最大轉矩Tm仍舊為常數(shù)，它在低速時能輸出100%力矩，因此其機械特性較硬，穩(wěn)定性好。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測（學習不準），系統(tǒng)特性受電機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際控制的效果難以達到理想分析的效果。因此，矢量控制是建立在準確的電機數(shù)學模型上進行控制的，如果學習不夠準確，將造成過勵磁或勵磁不夠，最終導致電流I0或(-I2)增大燒電機。

5  載波頻率fk

說明書AC70-E20和AC80-F0.17對載波頻率作了較詳細的調試說明。從延長電機壽命的方面考慮，有補充如下：

（1）載波頻率fk越高，因死區(qū)補償占空比增加，導致輸出等效電壓U1降低，電機力矩T降低，因此定子電流I1增加；反之，fk越低，電機力矩增加。

（2）載波頻率fk調高，可降低電機THD，減少諧波對電機的轉矩脈動沖擊和諧波損耗，從而使電機減振且溫升下降。但由（1）知，也有可能因定、轉子電流的增加使銅損耗增加，當銅損增加到大于諧波損耗的減小時，溫度又開始升高，因此須謹慎調節(jié)。

（3）設定載波頻率fk，使載波比N=fk/f1的數(shù)值為3的整數(shù)倍時，文獻3指出電機將自動消除基波f1的3的整數(shù)倍諧波，從而有利于延長電機使用壽命，如電機在f1=40HZ節(jié)能運行時： N1= fk /40=1.2KHz/40HZ=30； N2= fk /40=2.4 KHz/40HZ=60； N3= fk /40=3.6kHZ/40HZ=90； N1=30，N2=60，N3=90均為3的整數(shù)倍關系，設定的fk為1.2KHz、2.4 KHz、3.6kHZ。

5  總結

（1）變頻器輸出電壓過高或過低均可能造成定子電流增大而燒壞電機。

（2）在定子鐵芯未飽和的情況下，適當增加變頻器輸出電壓（參考文獻4：國標 ≤5%Un）可獲得平方倍電磁轉矩提升，而且可以使定子電流減小。

（3）在（2）基礎上，繼續(xù)通過參數(shù)設置提高電壓可能使磁通深度飽和，導致轉矩增加不明顯，定子電流卻迅速增大

（4）在電機低頻低壓大電流的情況下，因定、轉子分壓，磁通遠未飽和，可適當升高低頻點電壓獲得轉矩提升，降低定子電流。

（5）AC80系列矢量控制在對電機的自學習時，鑒于電機參數(shù)有可能發(fā)生變化，會影響變頻器對電機的控制性能，因此矢量控制只有做到準確的參數(shù)辨識和自適應，才能在給定頻率段發(fā)揮最有效的控制。

（6）從電機層面著想，調整載波頻率fk時，需考慮負載轉矩、電機諧波和溫升方面的影響。

參考文獻 [1] 李發(fā)海，王巖. 電機與拖動基礎 清華大學出版社 2008年第3版。 [2] 偉創(chuàng)電氣AC70、80B系列變頻調速器使用說明書。 [3] 關慧，趙爭鳴. 變頻器驅動下的異步電機設計與分析. 清華大學電機學碩士學位論文，2004年11月。 [4] GB755-2008 旋轉電機定額與性能. 2008年06發(fā)布。

附——BH曲線分析圖：