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新闻资讯

变频器容易造成电机损伤,该如何解决?

发布时间:2023-05-15 16:04:44
作者:CHEEMING
阅读:3115

变频器的出现为工业自动化控制、电机节能带来了革新。工业生产中几乎离不开变频器,即使在日常生活中,电梯、变频空调也成为不可缺少的部分,变频器已经开始渗入到生产、生活的各个角落。然而,变频器也带来了许多前所未有的困扰,其中损伤电机就是最典型的现象之一。

一、变频器损伤电机定子绕组的机理

脉冲电压在电缆上传输时,如果电缆的阻抗与负载的阻抗不匹配,在负载端会产生反射。反射的结果是,入射波与反射波叠加,形成更高的电压,它的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍,大约相当于变频器输入电压的3倍。过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上,对线圈造成电压冲击,频繁的过电压冲击会导致电机过早失效。变频器驱动的电机受到尖峰电压的冲击后,它的实际寿命与很多因素,包括,温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘的工艺等因素有关。变频器的载波频率越高,输出电流波形越接近正弦波,这会降低电机的运行温度,从而延长绝缘的寿命。但是,更高的载波频率意味着每秒钟产生的尖峰电压数量更多,对电机的冲击的次数更多。电机的温度越高,绝缘的寿命越短,当温度升高到75℃时,电机的寿命只有50%。变频器驱动的电机,由于PWM电压包含较多的高频成份,电机温度会远高于工频电压驱动的情况。

二、变频器损伤电机轴承的机理

变频器损伤电机轴承的原因是,有流过轴承的电流,并且这种电流处于断续连通的状态,断续连通的电路会产生电弧,电弧烧毁了轴承。导致交流电机的轴承中流过电流的原因主要有两个,第一,内部电磁场不平衡产生的感应电压,第二,杂散电容引起的高频电流通路。理想交流感应电机内部的磁场是对称的,当三相绕组的电流相等,并且相位相差120度时,不会在电机的轴杆上感应出电压。变频器输出的PWM电压导致电机内部的磁场不对称时,就会在轴杆上感应出电压,电压的幅度在10~30V,这与驱动电压有关,驱动电压越高,轴杆上的电压越高。当这个电压的数值超过轴承中的润滑油的绝缘强度时,就会形成一个电流通路。轴杆旋转过程中,在某个时刻,润滑油的绝缘又阻断了电流。这个过程类似于机械式开关的通断过程,这个过程中会产生电弧,烧蚀轴杆、滚珠、轴碗的表面,形成凹坑。如果没有外部振动,小凹坑不会产生过大的影响,但是如果有外部振动时,会产生凹槽,这对电机的运转影响很大。另外,实验表明,轴杆上的电压还与变频器输出电压的基波频率有关,基波频率越低,轴杆上的电压越高,轴承损伤越严重。在马达工作的初期,润滑油温度较低的时候,电流幅度在5-200mA,这么小的电流不会对轴承产生任何损坏。但是,当马达运行一段时间后,随着润滑油温度升高,峰值电流会达到5-10A,这会产生飞弧,在轴承部件的表面形成小坑。

三、电机定子绕组的保护

当电缆的长度超过30米时,现代变频器必然会在电机端产生尖峰电压,缩短电机的寿命。防止电机出现损伤,有两个思路,一个是采用绕组绝缘抗电强度更高的电机(一般称为变频电机),另一个是采取措施减小尖峰电压。前一种措施适合于新建的项目,后一种措施适合于对已有的电机进行改造。

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