如何處理變頻器對電機的損傷現象
來源：昌昇自動化時間：2021-11-02
很多人發覺逆變電源毀壞了電動機。比如，在一家水泵廠，近幾年來，客戶常常匯報水泵在質保期內毀壞。以往，這個水泵廠的產品品質十分靠譜。歷經調研，發覺這種毀壞的泵全是由軟啟動器驅動器的。軟啟動器的出現給工業生產機械自動化和電動機環保節能產生了自主創新。軟啟動器在工業化生產中基本上是必不可少的。乃至在生活起居中，電梯轎廂和變頻中央空調早已變成必不可少的構件，軟啟動器早已剛開始滲入生產制造與生活的每一個角落里。殊不知，軟啟動器也產生了很多的不便，在其中電動機毀壞是典型性的狀況之一。
盡管大家愈來愈關心變頻器毀壞電機的狀況，但大家依然不清楚這類狀況的原理，更別說如何預防了。文中的目地便是處理這種難點。變頻器對電機的毀壞包含電機定子繞阻毀壞和滾動軸承毀壞2個層面，如圖所示1所顯示。這類毀壞一般 產生在幾個星期到十幾個月內，具體時間與許多要素相關，如變頻器的知名品牌、電機的知名品牌、電機的輸出功率、變頻器的載波通信頻率、變頻器與電機中間的電纜線長短、工作溫度等。電機初期出現意外毀壞給公司生產制造產生極大的財產損失。這類損害不但是電機維護保養和拆換的花費，也是出現意外關機導致的財產損失。因而，當應用變頻器驅動電機時，務必對電機毀壞給與充足的高度重視。這樣也會減少變頻器維修的頻率。
變頻器損傷電機定子繞組的機理
當單脈沖電壓在電纜線上傳送時，假如電纜線的特性阻抗與負荷的特性阻抗不配對，反射將產生在負荷端。反射的結果是，入射波和反射波累加產生高些的電壓，其力度可做到DC總相電壓的二倍，約為軟啟動器鍵入電壓的三倍，如圖所示3所顯示。電機轉子電磁線圈上的高值電壓過高，會造成 電磁線圈電壓沖擊性。經常的過壓沖擊性會造成 電動機太早常見故障。軟啟動器驅動器的電動機受高值電壓危害后，其具體使用壽命與多種多樣要素相關，包含溫度、環境污染、震動、電壓、載波通信頻率和電磁線圈絕緣層技術性。
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鐘產生的尖峰電壓數量更多，對電機的沖擊的次數更多。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，對于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?C時，電機的壽命只有50%。變頻器驅動的電機，由于PWM電壓包含較多的高頻成份，電機溫度會遠高于工頻電壓驅動的情況。
變頻器對電機的損傷現象
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，并且這種電流處于斷續連通的狀態，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，，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，并且相位相差120?時，不會在電機的軸桿上感應出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導致電機內部的磁場不對稱時，就會在軸桿上感應出電壓，電壓的幅度在10~30V，這與驅動電壓有關，驅動電壓越高，軸桿上的電壓越高。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。軸桿旋轉過程中，在某個時刻，潤滑油的絕緣又阻斷了電流。這個過程類似于機械式開關的通斷過程，這個過程中會產生電弧，燒蝕軸桿、滾珠、軸碗的表面，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，軸桿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，軸桿上的電壓越高，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，這么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后，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會達到5-10A，這會產生飛弧，在軸承部件的表面形成小坑。
電機定子繞組的保護
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。前一種措施適合于新建的項目，后一種措施適合于對已有的電機進行改造。
目前常用的電機保護方法有以下4個：
1)在變頻器的輸出端安裝串聯電抗器:它是常見的對策，但應當留意的是，這類方式 對短電纜線(30米下列)有一定的危害，但有時候實際效果不理想化。
2)在變頻器輸出端安裝dv/dt過濾器:該對策適用電纜線長短低于300米，價錢稍高于串聯電抗器的場所，但實際效果大大提高。
3)在變頻器輸出端安裝正弦波形過濾器:它是理想化的對策。由于在這兒，脈沖寬度調制單脈沖電壓變成了正弦波形電壓，這代表著電動機工作中在與直流電壓同樣的標準下，高值電壓的難題早已徹底消除了(無論電纜線有多久，都不容易有高值電壓)。
4)在電纜與電機接口的位置安裝尖峰電壓吸收器：前面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。
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