變頻器對電機(jī)的損傷包括兩個方面，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)生在幾周至十幾個月內(nèi)，具體時間與變頻器的品牌,、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)動電機(jī)時,，必須對電機(jī)損傷的問題有足夠的重視,。


變頻器驅(qū)動與工頻驅(qū)動的區(qū)別：

      要了解工頻電機(jī)在變頻器驅(qū)動條件下更容易損壞的機(jī)理，首先了解變頻器驅(qū)動電機(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,，如果電纜的阻抗與負(fù)載的阻抗不匹配，在負(fù)載端會產(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導(dǎo)致電機(jī)過早失效,。


      變頻器驅(qū)動的電機(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,、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度時,，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,，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,，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(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)電子繞組的保護(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(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：這個措施最常用,，但是需要注意的是,，這個方法對于較短的電纜（30米以下）有一定效果，但是有時效果不夠理想,，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,。

      3）在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個措施是最理想的。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徹底的解決（電纜再長,，也不會出現(xiàn)尖峰電壓了）,。

      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(diǎn)是當(dāng)電機(jī)的功率較大時，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),。


電動機(jī)受損還有負(fù)載方面的原因

      （1）電動機(jī)長時間過負(fù)載運(yùn)行,。

      （2）電動機(jī)啟動于頻繁，啟動時間過長或者啟動間隔時間太短,。

      （3）被拖動機(jī)械故障,，使電動機(jī)出力增大，或被卡住不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速急劇下降,，使電動機(jī)電流猛增而過熱,。

      （4）電動機(jī)的工作制式和負(fù)載工作制不匹配，例如短時周期工作制的電動機(jī)用于帶動連續(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)）,。各種減壓起動回路故障造成不轉(zhuǎn)換，電機(jī)長時間低壓工作等,。

      電動機(jī)燒損的檢修方法：電動機(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,，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,，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(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,。

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