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制冷機(jī)變頻器損傷電機(jī)不得不知的秘密
閱讀：444 發(fā)布時(shí)間：2021-6-23制冷機(jī)變頻器損傷電機(jī)不得不知的秘密
變頻器對電機(jī)的損
變頻器對電機(jī)的損傷包括兩個(gè)方面,，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(fā)生在幾周至十幾個(gè)月內(nèi),，具體時(shí)間與變頻器的品牌,、電機(jī)的品牌、電機(jī)的功率,、變頻器的載波頻率,、變頻器與電機(jī)之間的電纜長度、環(huán)境溫度等諸多因素有關(guān),。電機(jī)的早期意外損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,。這種損失不僅是電機(jī)維修和更換帶來的費(fèi)用，更主要的是意外停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失,。因此,，在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，必須對電機(jī)損傷的問題有足夠的重視,。
變頻器對電機(jī)的損傷
變頻器驅(qū)動(dòng)與工頻驅(qū)動(dòng)的區(qū)別：
要了解工頻電機(jī)在變頻器驅(qū)動(dòng)條件下更容易損壞的機(jī)理,，首先了解變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓與工頻電壓有什么區(qū)別。然后再了解這種差別是如何對電機(jī)產(chǎn)生不良影響的,。
變頻器的基本構(gòu)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(gòu)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(diào)制的電壓波形（PWM電壓）,。因此，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓波形是脈寬變化的脈沖波形,，而不是正弦波電壓波形,。用脈沖電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)就是導(dǎo)致電機(jī)容易損壞的根本原因。
變頻器損傷電機(jī)定子繞組的機(jī)理：
脈沖電壓在電纜上傳輸時(shí),，如果電纜的阻抗與負(fù)載的阻抗不匹配,，在負(fù)載端會(huì)產(chǎn)生反射。反射的結(jié)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(dá)到直流母線電壓的2倍，大約相當(dāng)于變頻器輸入電壓的3倍,，如圖3所示,。過高的尖峰電壓加在電機(jī)定子的線圈上，對線圈造成電壓沖擊,，頻繁的過電壓沖擊會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過早失效,。
變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)受到尖峰電壓的沖擊后，它的實(shí)際壽命與很多因素,，包括,，溫度、污染,、振動(dòng),、電壓、載波頻率以及線圈絕緣的工藝等因素有關(guān),。
變頻器的載波頻率越高,，輸出電流波形越接近正弦波，這會(huì)降低電機(jī)的運(yùn)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(chǎn)生的尖峰電壓數(shù)量更多,，對電機(jī)的沖擊的次數(shù)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(dāng)載波頻率從3kHz提高到12kHz（變化4倍）時(shí)，絕緣的壽命從大約8萬小時(shí)降低到2萬小時(shí)（相差4倍）,。
載波頻率對絕緣的影響
電機(jī)的溫度越高,，絕緣的壽命越短，如圖5所示,，當(dāng)溫度升高到75度時(shí),，電機(jī)的壽命只有50%。變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī),，由于PWM電壓包含較多的高頻成份,，電機(jī)溫度會(huì)遠(yuǎn)高于工頻電壓驅(qū)動(dòng)的情況。
變頻器損傷電機(jī)軸承的機(jī)理：
變頻器損傷電機(jī)軸承的原因是,，有流過軸承的電流,，并且這種電流處于斷續(xù)連通的狀態(tài),，斷續(xù)連通的電路會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧燒毀了軸承,。
導(dǎo)致交流電機(jī)的軸承中流過電流的原因主要有兩個(gè),，第一，內(nèi)部電磁場不平衡產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,，第二,，雜散電容引起的高頻電流通路。
理想交流感應(yīng)電機(jī)內(nèi)部的磁場是對稱的,，當(dāng)三相繞組的電流相等,，并且相位相差120?時(shí)，不會(huì)在電機(jī)的軸桿上感應(yīng)出電壓,。變頻器輸出的PWM電壓導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部的磁場不對稱時(shí),，就會(huì)在軸桿上感應(yīng)出電壓，電壓的幅度在10~30V,，這與驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān),，驅(qū)動(dòng)電壓越高，軸桿上的電壓越高,。當(dāng)這個(gè)電壓的數(shù)值超過軸承中的潤滑油的絕緣強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)電流通路,。軸桿旋轉(zhuǎn)過程中,，在某個(gè)時(shí)刻，潤滑油的絕緣又阻斷了電流,。這個(gè)過程類似于機(jī)械式開關(guān)的通斷過程,，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)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(dòng),，小凹坑不會(huì)產(chǎn)生過大的影響，但是如果有外部振動(dòng)時(shí),，會(huì)產(chǎn)生凹槽,，這對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)影響很大。
另外,，實(shí)驗(yàn)表明,，軸桿上的電壓還與變頻器輸出電壓的基波頻率有關(guān)，基波頻率越低,，軸桿上的電壓越高,，軸承損傷越嚴(yán)重,。
在馬達(dá)工作的初期，潤滑油溫度較低的時(shí)候,，電流幅度在5-200mA,，這么小的電流不會(huì)對軸承產(chǎn)生任何損壞。但是,，當(dāng)馬達(dá)運(yùn)行一段時(shí)間后,，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會(huì)達(dá)到5-10A,，這會(huì)產(chǎn)生飛弧,，在軸承部件的表面形成小坑。
電機(jī)電子繞組的保護(hù)：
當(dāng)電纜的長度超過30米時(shí),，現(xiàn)代變頻器必然會(huì)在電機(jī)端產(chǎn)生尖峰電壓,，縮短電機(jī)的壽命。防止電機(jī)出現(xiàn)損傷,，有兩個(gè)思路,，一個(gè)是采用繞組絕緣抗電強(qiáng)度更高的電機(jī)（一般稱為變頻電機(jī)），另一個(gè)是采取措施減小尖峰電壓,。前一種措施適合于新建的項(xiàng)目,，后一種措施適合于對已有的電機(jī)進(jìn)行改造。
目前常用的電機(jī)保護(hù)方法有以下四種：
1)在變頻器的輸出端安裝電抗器：這個(gè)措施是常用,，但是需要注意的是,，這個(gè)方法對于較短的電纜（30米以下）有一定效果，但是有時(shí)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(gè)措施適用于電纜長度小于300米的場合，價(jià)格略高于電抗器,，但是效果有了明顯的改善,。
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3)在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個(gè)措施是比較理想的。因?yàn)樵谶@里,，將PWM脈沖電壓變成了正弦波電壓,，是電機(jī)工作在與工頻電壓相同的條件下，尖峰電壓的問題得到了*的解決（電纜再長,，也不會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓了）,。
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4)在電纜與電機(jī)接口的位置安裝尖峰電壓吸收器：前面幾個(gè)措施的缺點(diǎn)是當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)，電抗器或?yàn)V波器的體積,、重量很大,，價(jià)格較高，另外,，電抗器和濾波器都會(huì)導(dǎo)致一定的電壓降,，影響電機(jī)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(diǎn)。
電動(dòng)機(jī)受損還有負(fù)載方面的原因
（1）電動(dòng)機(jī)長時(shí)間過負(fù)載運(yùn)行,。
（2）電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)于頻繁,，啟動(dòng)時(shí)間過長或者啟動(dòng)間隔時(shí)間太短。
（3）被拖動(dòng)機(jī)械故障,，使電動(dòng)機(jī)出力增大,，或被卡住不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速急劇下降，使電動(dòng)機(jī)電流猛增而過熱,。
（4）電動(dòng)機(jī)的工作制式和負(fù)載工作制不匹配,，例如短時(shí)周期工作制的電動(dòng)機(jī)用于帶動(dòng)連續(xù)長期工作的負(fù)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(dòng)造成接線柱松脫相間短路，蟲鼠危害,、進(jìn)口電機(jī)電壓與國內(nèi)電壓不配合（如日本電機(jī)）,。各種減壓起動(dòng)回路故障造成不轉(zhuǎn)換，電機(jī)長時(shí)間低壓工作等,。
電動(dòng)機(jī)燒損的檢修方法：電動(dòng)機(jī)更換繞組線圈,，浸絕緣漆后進(jìn)行干燥烘干處理；更換軸承,；整修轉(zhuǎn)子鐵芯,。
變頻器損傷電機(jī)軸承的機(jī)理
有流過軸承的電流，并且這種電流處于斷續(xù)連通的狀態(tài),，斷續(xù)連通的電路會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧燒毀了軸承,。
導(dǎo)致交流電機(jī)的軸承中流過電流的原因主要有兩個(gè),，第一，內(nèi)部電磁場不平衡產(chǎn)生的感應(yīng)電壓,，第二,，雜散電容引起的高頻電流通路。
理想交流感應(yīng)電機(jī)內(nèi)部的磁場是對稱的,，當(dāng)三相繞組的電流相等,，并且相位相差120時(shí)，不會(huì)在電機(jī)的軸桿上感應(yīng)出電壓,。變頻器輸出的PWM電壓導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部的磁場不對稱時(shí),，就會(huì)在軸桿上感應(yīng)出電壓，電壓的幅度在10~30V,，這與驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān),，驅(qū)動(dòng)電壓越高,，軸桿上的電壓越高。當(dāng)這個(gè)電壓的數(shù)值超過軸承中的潤滑油的絕緣強(qiáng)度時(shí),，就會(huì)形成一個(gè)電流通路,。軸桿旋轉(zhuǎn)過程中，在某個(gè)時(shí)刻,，潤滑油的絕緣又阻斷了電流,。這個(gè)過程類似于機(jī)械式開關(guān)的通斷過程，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)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(dòng)，小凹坑不會(huì)產(chǎn)生過大的影響,，但是如果有外部振動(dòng)時(shí),，會(huì)產(chǎn)生凹槽，這對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)影響很大,。
另外,，實(shí)驗(yàn)表明，軸桿上的電壓還與變頻器輸出電壓的基波頻率有關(guān),，基波頻率越低,，軸桿上的電壓越高，軸承損傷越嚴(yán)重,。
在馬達(dá)工作的初期,，潤滑油溫度較低的時(shí)候，電流幅度在5-200mA,，這么小的電流不會(huì)對軸承產(chǎn)生任何損壞,。但是，當(dāng)馬達(dá)運(yùn)行一段時(shí)間后,，隨著潤滑油溫度升高,，峰值電流會(huì)達(dá)到5-10A，這會(huì)產(chǎn)生飛弧,，在軸承部件的表面形成小坑,。