如何處理變頻器對電機(jī)的損傷現(xiàn)象
來源：昌昇自動化時間：2021-11-02
很多人發(fā)覺逆變電源毀壞了電動機(jī)。比如，在一家水泵廠，近幾年來，客戶常常匯報水泵在質(zhì)保期內(nèi)毀壞。以往，這個水泵廠的產(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器驅(qū)動器的。軟啟動器的出現(xiàn)給工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械自動化和電動機(jī)環(huán)保節(jié)能產(chǎn)生了自主創(chuàng)新。軟啟動器在工業(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，軟啟動器早已剛開始滲入生產(chǎn)制造與生活的每一個角落里。殊不知，軟啟動器也產(chǎn)生了很多的不便，在其中電動機(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。變頻器對電機(jī)的毀壞包含電機(jī)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(chǎn)生在幾個星期到十幾個月內(nèi)，具體時間與許多要素相關(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)致的財產(chǎn)損失。因而，當(dāng)應(yīng)用變頻器驅(qū)動電機(jī)時，務(wù)必對電機(jī)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(jī)定子繞組的機(jī)理
當(dāng)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(fù)荷的特性阻抗不配對，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，會造成 電磁線圈電壓沖擊性。經(jīng)常的過壓沖擊性會造成 電動機(jī)太早常見故障。軟啟動器驅(qū)動器的電動機(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、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，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(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，電機(jī)的壽命只有50%。變頻器驅(qū)動的電機(jī)，由于PWM電壓包含較多的高頻成份，電機(jī)溫度會遠(yuǎn)高于工頻電壓驅(qū)動的情況。
變頻器對電機(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，，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，不會在電機(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，就會在軸桿上感應(yīng)出電壓，電壓的幅度在10~30V，這與驅(qū)動電壓有關(guān)，驅(qū)動電壓越高，軸桿上的電壓越高。當(dāng)這個電壓的數(shù)值超過軸承中的潤滑油的絕緣強(qiáng)度時，就會形成一個電流通路。軸桿旋轉(zhuǎn)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(jī)械式開關(guān)的通斷過程，這個過程中會產(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，小凹坑不會產(chǎn)生過大的影響，但是如果有外部振動時，會產(chǎn)生凹槽，這對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)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(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候，電流幅度在5-200mA，這么小的電流不會對軸承產(chǎn)生任何損壞。但是，當(dāng)馬達(dá)運(yùn)行一段時間后，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會達(dá)到5-10A，這會產(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)電纜的長度超過30米時，現(xiàn)代變頻器必然會在電機(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，有兩個思路，一個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(jī)進(jìn)行改造。
目前常用的電機(jī)保護(hù)方法有以下4個：
1)在變頻器的輸出端安裝串聯(lián)電抗器:它是常見的對策，但應(yīng)當(dāng)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?qū)嶋H效果不理想化。
2)在變頻器輸出端安裝dv/dt過濾器:該對策適用電纜線長短低于300米，價錢稍高于串聯(lián)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(diào)制單脈沖電壓變成了正弦波形電壓，這代表著電動機(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：前面幾個措施的缺點是當(dāng)電機(jī)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(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。
