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如何处理变频器对电机的损坏?

发布时间:2021-12-11 15:10:40人气:133

        许多人发现逆变电源破坏了电机。例如,在一家泵厂,近年来,客户经常报告泵在保修期内损坏。过去,泵厂的产品质量非常可靠发现损坏的泵都是由软启动器驱动的。软启动器的出现给工业生产机械自动化和电机环保节能带来了自主创新。软启动器在工业生产中基本上是不可少的。即使在日常生活中,电梯轿厢和变频空调也已经成为不可少的组成部分,软启动器已经开始渗透到制造和生活的每一个角落。众所周知,软启动器也产生了很多不便,其中电机损坏是典型的情况之一。
虽然人们越来越关心变频器对电机的破坏,但他们仍然不知道这种情况的原理,更不用说如何预防了。本文的目的是处理这一困难。变频器对电机的损坏包括电机定子绕阻损坏和滚动轴承损坏,如图1所示。这种破坏通常发生在几周 到十个月内,具体时间与变频器、电机牌子、电机输出功率、变频器载波通信频率、变频器缆长度、工作温度等诸多因素有关。初期电机意外损坏给公司生产造成巨大财产损失。这种损坏不仅是电机维护和更换的成本,也是意外关机造成的财产损失。因此,在使用变频器驱动电机时,必须充分重视电机的损坏。这也会降低变频器维护的频率。

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变频器损坏电机定子绕组的机理。
        单脉冲电压在电缆上传输时,如果电缆的特性阻抗与负载的特性阻抗不匹配,反射就会在负载端产生。反射的结果是,入射波和反射波累积产生较高的电压,其强度可达DC总相电压的两倍,约为软启动器键入电压的三倍,如图所示。电机转子电磁线圈上的高值电压过高,会产生电磁线圈的电压冲击。频繁的过压冲击会导致电机过早的常见故障。软启动器驱动器电机受高值电压危害后,其具体使用寿命与各种因素有关,包括温度、环境污染、振动、电压、载波通信频率和电磁线圈绝缘层的技术性。
变频器载波频率越高,输出电流波形越接近正弦波,降低电机运行温度,延长绝缘寿命。然而,更高的载波频率意味着每秒产生更多的峰值电压和更多的冲击电机。图4显示绝缘寿命随电缆长度和载波频率的变化。从图中可以看出,对于200英尺长的电缆,当载波频率从3kHz增加到12kHz(变化4倍)时,绝缘寿命从8万小时缩短到2万小时(相差4倍)。
载波频率对绝缘的影响。

        
        电机温度越高,绝缘寿命越短,如图5所示,当温度升高到75时当C时,电机的使用寿命只有50%。由于PWM电压含有较多的高频成分,变频器驱动的电机温度将远高于工频电压驱动。
 变频器损坏电机轴承的机理。
        变频器损坏电机轴承的原因是流过轴承的电流处于断续连接状态,断续连接的电路会产生电弧,烧毁轴承。
交流电机轴承中流过电流的主要原因有两个,即内部电磁场不平衡引起的感应电压;二是杂散电容引起的高频电流通路。
理想的交流感应电机内的磁场是对称的,当三相绕组的电流相等,相位相差120电机轴杆上不会感应到电压。当变频器输出的PWM电压导致电机内部磁场不对称时,轴杆上会感应到电压,电压范围为10~30V,与驱动电压有关。驱动电压越高,轴杆上的电压越高。当电压值超过轴承中润滑油的绝缘强度时,就会形成电流通道。在轴杆旋转过程中,润滑油的绝缘在某个时刻再次阻断电流。这个过程类似于机械开关的断开过程,会产生电弧、烧蚀轴杆、滚珠、轴碗表面,形成凹坑。如果没有外部振动,小凹坑不会产生过大的影响,但如果有外部振动,就会产生凹槽,这对电机的运行有很大的影响。
        此外,实验表明,轴杆上的电压也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,轴承损坏越严重。
在电机工作初期,当润滑油温度较低时,电流范围为5-200mA,因此小电流不会损坏轴承。然而,当电机运行一段时间后,随着润滑油温度的升高,峰值电流将达到5-10A,这将产生弧,并在轴承部件表面形成一个小坑。
保护电机定子绕组。
        当电缆长度超过30米时,现代变频器必然会在电机端产生峰值电压,缩短电机寿命。防止电机损坏有两种想法,一种是绕组绝缘电阻强度较高的电机(一般称为变频电机),另一种是降低峰值电压。前者适用于新建项目,后者适用于现有电机的改造。
目前常用的电机保护方法有四种:
        1)在变频器输出端安装串联电抗器:是常见的对策,但需要注意的是,这种方法对短电缆(30米以下)有一定的危害,但有时实际效果并不理想。
        2)在变频器输出端安装dv/dt过滤器:该对策适用于电缆长度小于300米、价格略高于串联电抗器的地方,但实际效果大大提高。
在变频器输出端安装正弦波形过滤器:这是一个理想的对策。因为在这里,脉冲宽度调制的单脉冲电压变成了正弦波形电压,这意味着在与直流电压相同的标准下,高值电压的问题已经完全消除(无论电缆有多长时间,都不容易有高值电压)。
        4)在电缆和电机接口处安装峰值电压吸收器:前几项措施的缺点是电机功率大时,电抗器或滤波器体积大,重量大,价格高。此外,电抗器和滤波器会导致一定的电压降,影响电机的输出扭矩。变频器峰值电压吸收器可以克服这些缺点。

        

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