變頻器對於電機的損傷淺析。

      變頻器對電機的損傷包括兩個方麵，定子繞組的損傷和軸承的損傷，如圖1所示。這種損傷一般發生在幾周至十幾個月內，具體時間與變頻器的品牌、電機的品牌、電機的功率、變頻器的載波頻率、變頻器與電機之間的電纜長度、環境溫度等諸多因素有關。電機的早期意外損壞給企業的生產帶來巨大的經濟損失。這種損失不僅是電機凯发旗舰厅app和更換帶來的費用，更主要的是意外停產帶來的經濟損失。因此，在使用變頻器驅動電機時，必須對電機損傷的問題有足夠的重視。


變頻器驅動與工頻驅動的區別：

      要了解工頻電機在變頻器驅動條件下更容易損壞的機理，首先了解變頻器驅動電機的電壓與工頻電壓有什麽區別。然後再了解這種差別是如何對電機產生不良影響的。

      變頻器的基本構造如圖2所示，包括整流電路與逆變電路兩部分。整流電路為普通二極管與濾波電容構成的直流電壓輸出電路，逆變電路將直流電壓變換成脈寬調製的電壓波形（PWM電壓）。因此，變頻器驅動電機的電壓波形是脈寬變化的脈衝波形，而不是正弦波電壓波形。用脈衝電壓驅動電機就是導致電機容易損壞的根本原因。


變頻器損傷電機定子繞組的機理：

      脈衝電壓在電纜上傳輸時，如果電纜的阻抗與負載的阻抗不匹配，在負載端會產生反射。反射的結果是，入射波與反射波疊加，形成更高的電壓，它的幅度最大可以達到直流母線電壓的2倍，大約相當於變頻器輸入電壓的3倍，如圖3所示。過高的尖峰電壓加在電機定子的線圈上，對線圈造成電壓衝擊，頻繁的過電壓衝擊會導致電機過早失效。


      變頻器驅動的電機受到尖峰電壓的衝擊後，它的實際壽命與很多因素，包括，溫度、汙染、振動、電壓、載波頻率以及線圈絕緣的工藝等因素有關。

      變頻器的載波頻率越高，輸出電流波形越接近正弦波，這會降低電機的運行溫度，從而延長絕緣的壽命。但是，更高的載波頻率意味著每秒鍾產生的尖峰電壓數量更多，對電機的衝擊的次數更多。圖4給出了絕緣壽命隨著電纜長度與載波頻率的變化。從圖中可知，對於200英尺長的電纜，當載波頻率從3kHz提高到12kHz（變化4倍）時，絕緣的壽命從大約8萬小時降低到2萬小時（相差4倍）。

載波頻率對絕緣的影響


      電機的溫度越高，絕緣的壽命越短，如圖5所示，當溫度升高到75度時，電機的壽命隻有50％。變頻器驅動的電機，由於PWM電壓包含較多的高頻成份，電機溫度會遠高於工頻電壓驅動的情況。

變頻器損傷電機軸承的機理：

      變頻器損傷電機軸承的原因是，有流過軸承的電流，並且這種電流處於斷續連通的狀態，斷續連通的電路會產生電弧，電弧燒毀了軸承。

      導致交流電機的軸承中流過電流的原因主要有兩個，第一，內部電磁場不平衡產生的感應電壓，第二，雜散電容引起的高頻電流通路。

      理想交流感應電機內部的磁場是對稱的，當三相繞組的電流相等，並且相位相差120？時，不會在電機的軸杆上感應出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導致電機內部的磁場不對稱時，就會在軸杆上感應出電壓，電壓的幅度在10～30V，這與驅動電壓有關，驅動電壓越高，軸杆上的電壓越高。當這個電壓的數值超過軸承中的潤滑油的絕緣強度時，就會形成一個電流通路。軸杆旋轉過程中，在某個時刻，潤滑油的絕緣又阻斷了電流。這個過程類似於機械式開關的通斷過程，這個過程中會產生電弧，燒蝕軸杆、滾珠、軸碗的表麵，形成凹坑。如果沒有外部振動，小凹坑不會產生過大的影響，但是如果有外部振動時，會產生凹槽，這對電機的運轉影響很大。

      另外，實驗表明，軸杆上的電壓還與變頻器輸出電壓的基波頻率有關，基波頻率越低，軸杆上的電壓越高，軸承損傷越嚴重。

      在馬達工作的初期，潤滑油溫度較低的時候，電流幅度在5－200mA，這麽小的電流不會對軸承產生任何損壞。但是，當馬達運行一段時間後，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會達到5－10A，這會產生飛弧，在軸承部件的表麵形成小坑。

電機電子繞組的保護：

      當電纜的長度超過30米時，現代變頻器必然會在電機端產生尖峰電壓，縮短電機的壽命。防止電機出現損傷，有兩個思路，一個是采用繞組絕緣抗電強度更高的電機（一般稱為變頻電機），另一個是采取措施減小尖峰電壓。前一種措施適合於新建的項目，後一種措施適合於對已有的電機進行改造。

目前常用的電機保護方法有以下四種：

      1）在變頻器的輸出端安裝電抗器：這個措施最常用，但是需要注意的是，這個方法對於較短的電纜（30米以下）有一定效果，但是有時效果不夠理想，如圖6（c）所示。

      2）在變頻器的輸出端安裝dv／dt濾波器：這個措施適用於電纜長度小於300米的場合，價格略高於電抗器，但是效果有了明顯的改善。

      3）在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個措施是最理想的。因為在這裏，將PWM脈衝電壓變成了正弦波電壓，是電機工作在與工頻電壓相同的條件下，尖峰電壓的問題得到了徹底的解決（電纜再長，也不會出現尖峰電壓了）。

      4）在電纜與電機接口的位置安裝尖峰電壓吸收器：前麵幾個措施的缺點是當電機的功率較大時，電抗器或濾波器的體積、重量很大，價格較高，另外，電抗器和濾波器都會導致一定的電壓降，影響電機的輸出力矩，采用變頻器尖峰電壓吸收器能夠克服這些缺點。


電動機受損還有負載方麵的原因

      （1）電動機長時間過負載運行。

      （2）電動機啟動於頻繁，啟動時間過長或者啟動間隔時間太短。

      （3）被拖動機械故障，使電動機出力增大，或被卡住不轉或轉速急劇下降，使電動機電流猛增而過熱。

      （4）電動機的工作製式和負載工作製不匹配，例如短時周期工作製的電動機用於帶動連續長期工作的負載。

      其它還有的都不是很常見的原因，如：電壓過低或過高，震動造成接線柱鬆脫相間短路，蟲鼠危害、進口電機電壓與國內電壓不配合（如日本電機）。各種減壓起動回路故障造成不轉換，電機長時間低壓工作等。

      電動機燒損的檢修方法：電動機更換繞組線圈，浸絕緣漆後進行幹燥烘幹處理；更換軸承；整修轉子鐵芯。

變頻器損傷電機軸承的機理

      有流過軸承的電流，並且這種電流處於斷續連通的狀態，斷續連通的電路會產生電弧，電弧燒毀了軸承。

      導致交流電機的軸承中流過電流的原因主要有兩個，第一，內部電磁場不平衡產生的感應電壓，第二，雜散電容引起的高頻電流通路。

      理想交流感應電機內部的磁場是對稱的，當三相繞組的電流相等，並且相位相差120時，不會在電機的軸杆上感應出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導致電機內部的磁場不對稱時，就會在軸杆上感應出電壓，電壓的幅度在10～30V，這與驅動電壓有關，驅動電壓越高，軸杆上的電壓越高。當這個電壓的數值超過軸承中的潤滑油的絕緣強度時，就會形成一個電流通路。軸杆旋轉過程中，在某個時刻，潤滑油的絕緣又阻斷了電流。這個過程類似於機械式開關的通斷過程，這個過程中會產生電弧，燒蝕軸杆、滾珠、軸碗的表麵，形成凹坑。如果沒有外部振動，小凹坑不會產生過大的影響，但是如果有外部振動時，會產生凹槽，這對電機的運轉影響很大。

      另外，實驗表明，軸杆上的電壓還與變頻器輸出電壓的基波頻率有關，基波頻率越低，軸杆上的電壓越高，軸承損傷越嚴重。

      在馬達工作的初期，潤滑油溫度較低的時候，電流幅度在5－200mA，這麽小的電流不會對軸承產生任何損壞。但是，當馬達運行一段時間後，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會達到5－10A，這會產生飛弧，在軸承部件的表麵形成小坑。

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