來源：昌昇自動(dòng)化時(shí)間：2021-11-02
很多人發(fā)覺逆變電源毀壞了電動(dòng)機(jī)。比如，在一家水泵廠，近幾年來，客戶常常匯報(bào)水泵在質(zhì)保期內(nèi)毀壞。以往，這個(gè)水泵廠的產(chǎn)品品質(zhì)十分靠譜。歷經(jīng)調(diào)研，發(fā)覺這種毀壞的泵全是由軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器的。軟啟動(dòng)器的出現(xiàn)給工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化和電動(dòng)機(jī)環(huán)保節(jié)能產(chǎn)生了自主創(chuàng)新。軟啟動(dòng)器在工業(yè)化生產(chǎn)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(diào)早已變成必不可少的構(gòu)件，軟啟動(dòng)器早已剛開始滲入生產(chǎn)制造與生活的每一個(gè)角落里。殊不知，軟啟動(dòng)器也產(chǎn)生了很多的不便，在其中電動(dòng)機(jī)毀壞是典型性的狀況之一。
盡管大家愈來愈關(guān)心變頻器毀壞電機(jī)的狀況，但大家依然不清楚這類狀況的原理，更別說如何預(yù)防了。文中的目地便是處理這種難點(diǎn)。變頻器對(duì)電機(jī)的毀壞包含電機(jī)定子繞阻毀壞和滾動(dòng)軸承毀壞2個(gè)層面，如圖所示1所顯示。這類毀壞一般 產(chǎn)生在幾個(gè)星期到十幾個(gè)月內(nèi)，具體時(shí)間與許多要素相關(guān)，如變頻器的知名品牌、電機(jī)的知名品牌、電機(jī)的輸出功率、變頻器的載波通信頻率、變頻器與電機(jī)中間的電纜線長(zhǎng)短、工作溫度等。電機(jī)初期出現(xiàn)意外毀壞給公司生產(chǎn)制造產(chǎn)生極大的財(cái)產(chǎn)損失。這類損害不但是電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)和拆換的花費(fèi)，也是出現(xiàn)意外關(guān)機(jī)導(dǎo)致的財(cái)產(chǎn)損失。因而，當(dāng)應(yīng)用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，務(wù)必對(duì)電機(jī)毀壞給與充足的高度重視。這樣也會(huì)減少變頻器維修的頻率。
變頻器損傷電機(jī)定子繞組的機(jī)理
當(dāng)單脈沖電壓在電纜線上傳送時(shí)，假如電纜線的特性阻抗與負(fù)荷的特性阻抗不配對(duì)，反射將產(chǎn)生在負(fù)荷端。反射的結(jié)果是，入射波和反射波累加產(chǎn)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(dòng)器鍵入電壓的三倍，如圖所示3所顯示。電機(jī)轉(zhuǎn)子電磁線圈上的高值電壓過高，會(huì)造成 電磁線圈電壓沖擊性。經(jīng)常的過壓沖擊性會(huì)造成 電動(dòng)機(jī)太早常見故障。軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)受高值電壓危害后，其具體使用壽命與多種多樣要素相關(guān)，包含溫度、環(huán)境污染、震動(dòng)、電壓、載波通信頻率和電磁線圈絕緣層技術(shù)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(huì)降低電機(jī)的運(yùn)行溫度，從而延長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)度與載波頻率的變化。從圖中可知，對(duì)于200英尺長(zhǎng)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(duì)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?C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。
變頻器對(duì)電機(jī)的損傷現(xiàn)象
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)，，內(nèi)部電磁場(chǎng)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(chǎng)是對(duì)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(chǎng)不對(duì)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(rùn)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(rùn)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(duì)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(rùn)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(duì)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(rùn)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)定子繞組的保護(hù)
當(dāng)電纜的長(zhǎng)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(duì)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4個(gè)：
1)在變頻器的輸出端安裝串聯(lián)電抗器:它是常見的對(duì)策，但應(yīng)當(dāng)留意的是，這類方式 對(duì)短電纜線(30米下列)有一定的危害，但有時(shí)候?qū)嶋H效果不理想化。
2)在變頻器輸出端安裝dv/dt過濾器:該對(duì)策適用電纜線長(zhǎng)短低于300米，價(jià)錢稍高于串聯(lián)電抗器的場(chǎng)所，但實(shí)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(duì)策。由于在這兒，脈沖寬度調(diào)制單脈沖電壓變成了正弦波形電壓，這代表著電動(dòng)機(jī)工作中在與直流電壓同樣的標(biāo)準(zhǔn)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(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)。
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