HVAC 设备的电源问题故障排除

变频驱动器 (VFD) 无法改变排气风扇速度。电机过热并过早发生故障。通常正常运行的可编程控制在以备用电源运行时突然遇到问题。 VFD 在冷冻水系统中无故跳闸，导致高温报警。断路器跳闸，导致系统关闭；重新启动后，钳表读数显示系统中没有异常电流。

虽然 HVAC 系统中的每个故障排除问题都有其独特的情况，但维护专业人员可能会将这些问题视为可能的电能质量问题。

寻找真正的原因
电子是现代控制系统的基础。可编程控制、固态继电器、传感器、换能器、风扇和冷冻水泵上的变频驱动器以及执行器上的电子控制都容易出现旧的纯机电控制所没有的问题。这些问题通常是提供给 HVAC 设备的电压和电流质量的结果。 “电能质量”差就是不符合规定参数的电能。

与所有形式的 HVAC 故障排除一样，技术人员必须了解潜在问题的根源才能解决这些问题。无法解释的问题往往归咎于电子设备故障。
但真正的原因可能根本不在于电子设备。

虚假或欺骗性的线索
例如，无法正确改变排放的 VFD - 风扇速度可能是各种系统问题的结果 - 从 VFD 上启动的 DDC 覆盖，到静压传感器故障，再到管道泄漏过多。虽然初始故障的原因很少与 VFD 本身有关，但实际上 VFD 可能会导致其他系统问题。电机过热、断路器误跳闸或原因不明的保险丝熔断时，数字控制系统中的其他地方可能会出现虚假警报。由于这些都可能是正常 VFD 操作的特征，因此技术人员必须始终将问题追溯到源头。

在一种情况下，当电源从常用电源转移到备用电源时，风扇供电的 VFD 会在冷却器系统中意外跳闸。结果是由于冷却不足，所提供的设备出现高温警报。 VFD 旨在克服系统中一定量的电压中断。但是，如果超出此类故障的 VFD 规范，则 VFD 将关闭。

在这种情况下，首先认为电子驱动器有问题。然而，对 VFD 运行参数的调查以及系统电源传输过程中电压和电流值的记录揭示了问题的真正原因：转换开关时间通常太长，无法支持 VFD 操作。

在另一种情况下，当从备用电源供电时，VAV 终端中的 VFD 会脱机。发现问题是备用发电机无法提供足够的电能质量来运行 VFD。备用电源时的电压波动导致 VFD 跳闸。解决方法是在备用电源时将 VFD 置于旁路运行，从而绕过电子变速控制。

电能质量问题的根源
电子设备的工作原理是将交流电转换为直流电供电子元件使用。这个过程会产生谐波电流，这些电流会回流到系统中。这些谐波电流会导致过热，还会使电子设备上游的正弦波失真。

谐波电流是出现在 60 赫兹 (Hz) 基频的倍数处的电流。例如，三次谐波是以 180 Hz (60 x 3) 的频率流动的电流；五次谐波是以 300 Hz (60 x 5) 的频率流动的电流，依此类推。

如何测量谐波
技术人员测量各种谐波的电平和产生的失真量，以确定谐波是否产生问题。使用电能质量分析仪测量谐波水平和失真。关键的测量是电压的总谐波失真（THD）。

根据说明设置分析仪并直接在仪表面上读取 THD。在为 VFD 供电的馈线也为其他负载供电的点测量时，THD 不应超过 5%。这就是公共耦合点（PCC）。

如果电压 THD 超出限制，请咨询 VFD 制造商以确定最佳解决方案。这可能包括安装线路电抗器或隔离变压器。学习使用电能质量分析仪并不困难，而且这种努力通常远远超过 HVAC 系统停机的成本。

电机故障
HVAC 系统中遇到的另一个电能质量问题是电机故障，尤其是由 VFD 供电的电机故障。如果电机倾向于以许多应用中典型的较慢速度运行，则此故障率可能会增加。故障通常包括过热、绝缘击穿或轴承过早失效。

所有此类故障都可归因于 VFD 的正常运行特性。电子驱动器改变电机的电压和频率，以改变其速度。不幸的是，还会向电机提供谐波电流，这会导致过热。提供给电机的这种“脉宽调制”电压和电流也会损坏绝缘，导致过早损坏和电机故障。电流也会流过电机轴承，大大缩短轴承寿命。

所有这些问题的最佳解决方案是使用专为变频驱动器设计的变频电机。

电压不平衡
不是由变频器供电的三相电机也可能由于另一个电能质量问题而发生故障：电压不平衡。低至 1% 的相电压不平衡会导致电机电流不平衡增加 6 到 10 倍。这种过多的电流会迅速导致电机过热。

要确定不平衡，请测量 A-B、A-C 和 B-C 每一相的相间电压。将三个读数相加并除以三。这是平均相间电压。如果三个单独读数中的任何一个与平均值的差异超过 1%，则说明您存在电压不平衡。

在 5% 的电压不平衡时，电机通常会过热并损坏。通常，问题是由一个单独的相提供太多的单相负载。这些负载必须均匀分布在配电盘的各个相位之间才能解决问题。

一般准则
所有暖通空调电气和电子设备都有规定的供电参数。未能满足这些要求只会确保设备无法按计划运行。风扇供电的 VAV 终端是具有特定供电要求的设备的典型示例。

当该设备运行不稳定时，请验证是否满足供电参数。对于此类设备，交流输入电压必须在额定频率下落在额定电压的 10% 以内。铭牌将显示设备的额定电压。例如，额定电压为 208 伏的设备必须具有介于 187 伏和 229 伏之间的电源电压。在对设备进行故障排除时发现电压低的情况并不少见。

工具
在测量电压和电流值时，使用真有效值表也很重要。今天的现代 HVAC 系统不仅会产生谐波电流，而且由于此类谐波产生的正弦波失真，它们还可能无法正常运行。如果存在谐波，许多暖通空调技术人员使用的平均响应仪表将无法提供准确读数。

平均响应仪表以 60 Hz 的频率读取无谐波的正弦波形的电流和电压。非线性负载（例如 VFD）会在各种频率下产生非正弦波形以及电流和电压。您必须使用正确的仪表来读取这些电源电路中的值。只有真有效值仪表才能为您提供正确的读数。

供电电压
如果电源电压低于低压规格，您可能会遇到暖通空调设备的两个问题。首先，由于电机消耗过多电流以在较低电压下产生所需的马力，因此电机寿命将缩短。其次，电子设备将无法正常工作，因为电子控制的电源部分将没有足够的电压为其滤波电路中的电容器充电。

通常仅在 5 伏直流电压下工作的电子元件现在将受到低输入电压的极大影响。根据输入电压低的严重程度，预计会出现不稳定的操作和虚假警报。请记住，如果没有真有效值表，您可能无法准确了解实际电源电压。

在典型 VAV 终端上的额定电压下，交流电源也需要在额定频率的 5% 以内。通常，当使用公用电源运行时，这不是问题。然而，暖通空调专家报告了在备用发电机上运行时电压和频率方面的许多问题。请务必验证 HVAC 系统所需的所有电源的所有输入电源规格。

设备制造商的一项额外要求是，电源“必须满足额定值 10%（绝对值之和）的电压和频率组合变化，前提是频率变化不超过额定频率的 5%。”同样，设备在以备用电源运行时最有可能出现此问题。在待机电源下运行时，有多种选项可用于稳定控制问题。虽然这需要与适当的系统工程师和技术人员合作，但第一步是确保您有准确的读数来支持您的说法，即控制问题在于待机电源不稳定。

总结
许多 HVAC 故障排除问题将继续通过检查保险丝、测试接触器是否存在电压以及验证电流不超过电机铭牌数据等常规任务来解决。但是，包含电子控制和 VFD 的系统会因电能质量问题而出现问题。

今天，许多暖通空调专业人士正在将他们的技能和知识扩展到这一领域。 HVAC 和建筑系统中使用的控制越多，出现的电能质量问题就越多。随着时间的推移记录电气参数的真有效值仪表和分析仪的使用将大大加强隔离和纠正不良电能质量问题。正确的知识加上正确的工具，在帮助维护专业人员解决与当今 HVAC 系统相关的许多问题方面大有帮助。

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