羅 亮，陳國橋，賓 倩

（中車株洲電機有限公司 株洲 412000）

1 序言

高速永磁變頻電機指轉速超過10000r/min，一般都是幾萬轉甚至達到幾十萬轉。電機具有轉速高，尺寸小、功率密度大、效率高等優(yōu)點，在制冷離心壓縮機、飛輪儲能、機床等諸多場合具有廣泛的應用[1]。高速電機的可靠性需在出廠時進行相關的測試。本文在對A型號高速永磁電機（315kW/600A）試驗時發(fā)現(xiàn)，變頻器設置好參數(shù)并對電機進行自學習后電機無法起動，試驗時報過流和轉速偏差過大故障（故障代碼：E42，如圖1），同時電機發(fā)出異常的電磁噪聲。而前期B型號電機（165kW/280A）試驗時變頻器運行正常，未出現(xiàn)此類似狀況。

圖1 變頻器故障顯示

該變頻器故障導致A型號高速永磁電機無法正常進行出廠試驗，該故障將嚴重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和交付周期，須深入分析該故障產(chǎn)生的原因，盡快排除故障以恢復試驗，完成電機交付。本文對出廠試驗時變頻器無法起動進行分析，進而就該問題提出一個行之有效的解決方案。

2 問題分析

2.1 查找故障原因過程

采用頭腦風暴法，項目小組從人、機、料、法、環(huán)五個方面對變頻器啟動故障的原因進行了分析，繪制了如下魚骨圖：

圖2 故障原因分析魚骨圖

2.1.1 人員方面

試驗人員均參與了該變頻器與其他電機的試驗，熟練掌握了變頻器的使用方法，經(jīng)自檢互檢，沒有發(fā)現(xiàn)操作錯誤問題，因此人員方面的問題可以排除；

2.1.2 機器（設備）方面

檢查變頻器輸入電壓和母線電壓，均正常。逐個檢查輸入變頻器的電機參數(shù)，電機參數(shù)均設置正確，起動變頻器對電機進行自學習，檢查變頻器自學習反饋回的交軸電感和直軸電感等參數(shù)，均在正常范圍內(nèi)，由此可認為變頻器自學習功能正常。

更換變頻器控制模式，將控制模式由開環(huán)矢量控制更改為V/F控制，電機能夠正常起動，且轉速和電流都很穩(wěn)定，由此可認為變頻器在硬件上是正常的，能夠有效輸出電壓、電流。因為永磁同步電機在V/F控制模式下存在失步風險，所以高速永磁電機因其轉速較高的原因無法在V/F控制模式下進行出廠試驗，因此還需要對故障原因進行深入排查[2]。

2.1.3 物料（電機）方面

再次檢查電機直流電阻值、絕緣電阻及反電動勢等參數(shù)，電機各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，將電機與配套變頻器進行負載試驗（圖3），電機在額定工況下運行正常，由此可確定電機狀態(tài)正常，故障原因不在電機側。

圖3 電機與配套變頻器負載試驗配置

2.1.4 環(huán)境方面

試驗環(huán)境溫濕度、噪聲、電磁干擾等均滿足試驗條件，可以排除該因素。

2.1.5 方法（參數(shù)設置）方面

接線方面：經(jīng)反復檢查電機和變頻器接線，未發(fā)現(xiàn)接線錯誤，該原因可排除。

變頻器參數(shù)設置方面：將控制模式重新更改為開環(huán)矢量控制，變頻器仍然報轉速偏差過大故障。用示波器檢測電機起動時變頻器輸出的電壓電流波形（圖4），發(fā)現(xiàn)變頻器在起動過程中起動電流非常大（超過電機額定電流）且電流波形三相不對稱，由于電機為變頻起動，且電機運行狀態(tài)為空載，電機起動電流理論上很小，由此可初步判定電機起動故障的原因在開環(huán)矢量控制模式的控制方式上[3]。

圖4 電機起動過程中電壓電流異常波形

仔細檢查變頻器開環(huán)矢量控制模式的控制參數(shù)設置，發(fā)現(xiàn)將變頻器輸出最大頻率設置為600Hz時（電機額定頻率為400Hz），電機能夠正常運行，且轉速、電流等參數(shù)均正常并且運行很穩(wěn)定（圖5）。但是將變頻器最大頻率設置為1000Hz后（技術協(xié)議要求變頻器具備1000Hz輸出能力），起動電機時變頻器報轉速偏差過大故障。

圖5 電機正常運行時的電流電壓波形

2.2 故障產(chǎn)生原因確定

為了使變頻器具備1000Hz輸出能力，滿足技術協(xié)議要求，我們查閱了大量變頻器相關技術資料并與變頻器廠家人員不斷溝通，了解到當修改變頻器最大頻率時，變頻器相應的載波頻率也要相應變大，而變頻器的電流輸出能力與載波頻率大小成反比，即載波頻率越大變頻器的電流輸出能力就越小[3]。因此我們將變頻器最大輸出頻率設置為1000Hz時，A型號電機的額定電流值超過了變頻器的輸出能力，變頻器的控制算法是根據(jù)變頻器自身參數(shù)自動調節(jié)輸出電流軟件保護值，當電機額定電流大于變頻器輸出電流軟件保護值時，變頻器無法起動。

3 解決方案

針對以上故障原因進行分析，進而提出了以下2種解決方案：

方案一：保持變頻器最大輸出頻率參數(shù)1000Hz不變，將電機的額定電流參數(shù)做相應的折算后再輸入變頻器，如上文中的A型號電機將變頻器內(nèi)電機額定電流參數(shù)設置為實際值的60%后，電機即能夠正常運行。

方案二：在變頻器內(nèi)設置電機參數(shù)時同時更改變頻器的最大輸出頻率參數(shù)，使變頻器最大輸出頻率略大于電機最高運行頻率，這樣設置可不用對電機參數(shù)進行任何折算處理電機即可正常運行。并且與試驗臺承建廠家溝通后，在上位機軟件添加上述參數(shù)的修改的功能（圖6），以達到在控制臺遠程操作的目的，節(jié)省操作步驟，提高工作效率。

圖6 上位機操作界面

使用上述2種方案對變頻器參數(shù)進行設置后，A型號電機均能正常進行出廠試驗，得到有效的試驗振動數(shù)據(jù)（圖7）。

圖7 A型號電機出廠試驗振動數(shù)據(jù)

綜上，方案一和方案二均能解決變頻器的現(xiàn)有故障，但是2種方案有不同適用特點，方案一適用于高頻大功率的電機，而方案2適用于低頻大功率的電機，通過對2種方案的靈活運用，可適當擴充該變頻器的試驗電機覆蓋范圍。

4 結 語

通過以上故障原因的查找、分析及采取解決措施，圓滿地解決了高速永磁電機試驗時變頻器無法起動的難題，避免了因變頻器故障而造成產(chǎn)品交期延遲，同時試驗人員對變頻器的控制方式、變頻器的控制算法及高頻降容有了更清晰的了解，可以更好的為以后新產(chǎn)品的試驗提供參考，積累了變頻器聯(lián)調試驗故障分析和處理經(jīng)驗。