【变频器保护怎么修】在轴承捕获模式下，逆变器出现了保护失败问题。怎么保养？

燕红新材料科技股份有限公司研究员方忠、王志刚、张卫伟、张琪、安明志在2021年第二期《电气技术》上撰文。提出了电动机轴承故障引起的半负荷状态下变频器过流保护不足的原因分析及纠正措施。通过技术改造，可以避免电机和拖动设备故障

某公司EVA装置设计了13个仓库，安装了14台脱气风机，一台脱气风机相当于一个仓库，另一台脱气风机是备用风扇。如果某个料仓脱气风机发生故障，自动启动备用脱气风机，风机短时间停车不会影响生产。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国)。

设备选择德国爱珍GM801风扇；电机采用西门子1le0002-3A2 3-3AB 4-Z315M类型，额定功率132千瓦，额定电流235安，额定速度2 980 r/min；选取「」。风扇和马达使用皮带传输功率。控制方式由逆变器启动，由ABB ACS 800-01-0205-3型逆变器启动。电机安装在悬臂弹性上。

目前设备运行中发生了多台电机轴承包轴事故，现场检查电机无法缠绕汽车，轴承温度高，电机转子轴细，需要外部维修。

1现象

1.1电动机轴承损坏

2013年设备运行后，EVA风送系统的多个电机发生了驱动端轴承捕获现象，如图1所示，电机轴承故障，现场测量轴承温度200左右。

图1轴承轴

拆卸检查表明，电机驱动端轴承内环存在运转现象，电机转子轴变细，内外油罩有不同程度的磨损。需要外协维修轴大小，从而增加维修成本。

1.2保护措施情况

SIS显示“低流量”或“低压力”过程驱动跳跃。变频器是无故障跳跃记录，显示为正常停车。

2原因分析

2.1电机轴承轴原因分析

电机采用悬臂安装方法，如图2所示。

图2马达使用悬臂安装方式

ISO 10816 《旋转机器振动判断国际标准》 132kW电机振动不应超过4.5mm/s，ISO风扇振动报警值为11mm/s，振动跳跃值为18mm/s。实际运行的电机经常运行超过允许的振动标准值，从而加速电机轴承损坏。

电机有加油孔，没有排气口，废油无法在线排出，在一定周期加油后，轴承室内的废油过多，轴承室空间有限，加上电机以2985r/min的速度旋转，电机轴承工作温度提高。

罗茨风扇噪音大，轴承异常工作声音被罗茨风扇噪音掩盖，巡逻人员有时无法及时发现电机轴承的异常工作状态。综合这三个因素是电机发生轴承包轴的主要原因。

2.2变频器没有故障跳闸的原因分析

电机轴承从正常操作到轴承喷洒需要几分钟或十多分钟。如果变频器能根据电机轴承故障导致工作电流增加的情况及时进行保护跳闸停车，则不会将电机轴承故障扩大到电机轴承包轴，也不会扩大到电机转子轴磨损严重的事故。确认变频器的热保护、阻塞保护参数设置(见表1)。

表1逆变器热保护，设置阻塞保护参数

检查变频器保护参数，发现电机热过载保护不起作用。因此，电机轴承损坏后，工作电流增加，达到热过载动作值，但变频器不投入热过载保护，因此热过载保护动作不会导致变频器跳闸。

变频器截止保护时间20s，截止保护设置截止频率20Hz在发生设备截止现象后，变频器输出频率下降到20Hz，截止时间达到20s时，变频器将发生故障。“低流量”和“低压力”过程驱动达到保护运动值，跳0.5s。由于电机轴承故障，风扇速度减慢，风量减少，因此过程驱动跳跃优先于变频器阻塞保护跳跃，变频器阻塞保护不起作用。

3纠正措施

3.1防止电机轴承轴换向措施

加强罗茨风扇的维护，电机振动及时超过正数，将电机振动值调整到正常范围，严禁电机超振动标准值运行。《电机制造工艺学》国产电机轴承室深度公差代码h11与西门子电机轴承室深度公差代码h11相同，国产电机Y2-315-4外部轴承盖固定尺寸与西门子电机1LE0002-3A23-3AB4-Z315M外部轴承盖固定尺寸一致，国产

动机Y2—315—4外轴承盖有排油孔，可以实现电动机在线排油功能，如图3所示。

图3 Y2—315—4带排油孔轴承盖

用国产电动机外轴承盖代替西门子电动机外轴承盖，实现电动机在线排油换油功能，避免电动机轴承室废油脂过多，电动机轴承温度过高，发生轴承抱轴事故。

3.2 变频器保护参数设置整改措施

经过现场多次观察，EVA料仓脱气风机变频器起动时，变频器电流不超过120A；正常运行电流最大在120～140A范围内，最大运行不超过150A，电动机额定电流235A，电动机实际运行电流比电动机额定电流小85A，称为半载负荷。如果变频器热过载保护按电动机额定电流设定，即使投入变频器热过载保护，当电动机轴承故障时，变频器也不能发生热过载跳闸保护。

考虑电动机实际运行情况，变频器热过载保护预留一定安全系数，变频器热过载保护修改见表1。30.04MOTOR THERM PROT电动机温度保护选择FAULT故障跳闸；30.05MOT THERM P MODE电动机热保护模式选择USER MOODE用户模式；30.06MOTOR THERM TIME热时间常数设定为256s；30.07MOTOR LOAD CURVE允许电动机过载持续电流按170A考虑，设定为72.3%；30.08ZERO SPEED LOAD零速下允许的电动机持续电流设定为51%；30.09BREAK POINT 100%负载下的传动输出频率设定为50Hz。

变频器堵转保护，30.11STALL FREQ HI由原来的堵转频率20Hz改为47Hz；30.12STALL TIME堵转时间由原来的20s修改为10s。

查阅ACS800变频器说明书，32 SUPERVISION是监控极限值，具有电动机电流监控报警输出功能。

把32.05CURRENT FUNCTION电动机电流监控功能并选择极限值监控的类型设定为HIGH LIMIT上限；32.06CURRENT LIMIT电动机电流监控极限值设定为170A；14.01 RELAY RO1 OUTPUT选择继电器输出RO1显示的传动状态设定为达到电动机电流监控极限值；14.04 RO1 TON DELAY延时吸合时间设定为3s；14.05 RO1 TOFF DELAY延时释放时间设定为1s，见表2。

表2 电动机电流监控功能设置

极限电流监视继电器RO1常开触点控制中间继电器KA6，KA6常闭触点串入变频器起动回路中，当电动机运行电流达到170A时，继电器RO1延时3s起动中间继电器KA6，KA6常闭触点断开变频器起动回路，变频器停止输出，电动机停车。同时，KA6常开触点自保持，KA6中间继电器自带得电指示灯，方便电气运行人员查出变频器跳车原因，如图4所示。

4 结论

1）较大功率的电动机设计在线排油功能

国内卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司、哈电集团佳木斯电机股份有限公司以及国外ABB公司，11kW及以上功率电动机都可以设计安装在线注油、排油孔，如图5所示。

建议甲方采购11kW及以上功率的电动机时，要求电动机具备在线注油、排油孔功能。通过电动机在线更换润滑脂，可以延长电动机轴承的使用寿命，降低电气检修人员的劳动强度，延长电动机维修周期，降低设备维修费用，减少企业运行成本。

2）根据实际最大运行电流整定热保护电流

生产现场有少数电动机存在半载负荷的现象。半载负荷的电动机正常运行电流远低于电动机额定电流，当电动机轴承或者拖动设备轴承发生故障时，电动机运行电流上升。变频器热过载保护如果按电动机额定电流整定，变频器热过载保护一般不会动作跳闸，电动机在轴承故障的情况下继续长时间运行，造成设备机械故障进一步扩大。

图4 控制原理

图5 具有在线排油孔功能的电动机

为实现半载负荷的电动机变频器对设备轴承故障的可靠保护，建议变频器热过载保护按电动机正常运行最大电流乘1.05～1.2倍的可靠系数整定变频器热过载保护，提高变频器热过载保护的可靠性。

3）变频器增加定时限过电流保护功能

如果电动机拖动设备跳车后对生产影响较小，为使变频器对电动机或电动机拖动设备的轴承故障进行可靠保护，根据现场实际情况，ACS800变频器通过32组极限监控值，增加定时限过电流保护功能。半载负荷的变频器定时限过电流保护，建议按电动机日常运行最大电流值乘1.1～1.3倍的可靠系数整定过电流保护定值，增加3～5s延时跳闸功能，提高变频器对设备轴承故障的保护范围。

实际运行中电动机出现轴承故障导致电动机轴弯曲、转子扫膛或者断轴事故，多数是半载负荷的电动机热过载保护、定时过电流保护起动门槛值按电动机额定电流设定，忽略了半载负荷电动机日常运行最大电流较电动机额定电流偏小的现实。

当半载负荷电动机轴承故障时，虽然电动机运行电流较电动机正常运行最大电流增加，但是没有达到或者没有及时达到保护装置热过载保护、定时过电流保护起动门槛值，电动机保护装置没能及时保护跳闸，电动机在轴承故障的情况下长时间运行，进一步扩大为电动机轴弯曲、电动机转子扫膛事故。通过改造后的设备运行效果良好。

本文编自2021年第2期《电气技术》，论文标题为“轴承抱轴模式下变频器保护失效的分析及处理”，作者为庞忠、王志刚、张伟伟、张琪、颜铭志。