很多人已经创造了变频器对电机损伤的征象。例如,某水泵厂,近两年来,他的用户频繁报告水泵在保修期内发生破坏的征象。而过去,这个水泵厂的产品质量十分可靠。经由调查,创造这些破坏的水泵都是用变频器驱动的。
只管变频器损伤电机的征象越来越被人们所关注,但是人们对造成这种征象的机理还不清楚,更不知道如何来预防。本文的目的是办理这些困惑。
变频器对电机的损伤包括两个方面,定子绕组的损伤和轴承的损伤,如图1所示。这种损伤一样平常发生在几周至十几个月内,详细韶光与变频器的品牌、电机的品牌、电机的功率、变频器的载波频率、变频器与电机之间的电缆长度、环境温度等诸多成分有关。电机的早期意外破坏给企业的生产带来巨大的经济丢失。这种丢失不仅是电机维修和改换带来的用度,更紧张的是意外停产带来的经济丢失。因此,在利用变频器驱动电机时,必须对电机损伤的问题有足够的重视。

变频器损伤电机定子绕组的机理
脉冲电压在电缆上传输时,如果电缆的阻抗与负载的阻抗不匹配,在负载端会产生反射。反射的结果是,入射波与反射波叠加,形成更高的电压,它的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍,大约相称于变频器输入电压的3倍,如图3所示。过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上,对线圈造成电压冲击,频繁的过电压冲击会导致电机过早失落效。
变频器驱动的电机受到尖峰电压的冲击后,它的实际寿命与很多成分,包括,温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘的工艺等成分有关。
变频器的载波频率越高,输出电流波形越靠近正弦波,这会降落电机的运行温度,从而延长绝缘的寿命。但是,更高的载波频率意味着每秒钟产生的尖峰电压数量更多,对电机的冲击的次数更多。图4给出了绝缘寿命随着电缆长度与载波频率的变革。从图中可知,对付200英尺长的电缆,当载波频率从3kHz提高到12kHz(变革4倍)时,绝缘的寿命从大约8万小时降落到2万小时(相差4倍)。
载波频率对绝缘的影响
电机的温度越高,绝缘的寿命越短,如图5所示,当温度升高到75?C时,电机的寿命只有50%。变频器驱动的电机,由于PWM电压包含较多的高频成份,电机温度会远高于工频电压驱动的情形。
变频器损伤电机轴承的机理
变频器损伤电机轴承的缘故原由是,有流过轴承的电流,并且这种电流处于断续连通的状态,断续连通的电路会产生电弧,电弧烧毁了轴承。
导致互换电机的轴承中流过电流的缘故原由紧张有两个,第一,内部电磁场不平衡产生的感应电压,第二,杂散电容引起的高频电流利路。
空想互换感应电机内部的磁场是对称的,当三相绕组的电流相等,并且相位相差120?时,不会在电机的轴杆上感应出电压。变频器输出的PWM电压导致电机内部的磁场不对称时,就会在轴杆上感应出电压,电压的幅度在10~30V,这与驱动电压有关,驱动电压越高,轴杆上的电压越高。当这个电压的数值超过轴承中的润滑油的绝缘强度时,就会形成一个电流利路。轴杆旋转过程中,在某个时候,润滑油的绝缘又阻断了电流。这个过程类似于机器式开关的通断过程,这个过程中会产生电弧,烧蚀轴杆、滚珠、轴碗的表面,形成凹坑。如果没有外部振动,小凹坑不会产生过大的影响,但是如果有外部振动时,会产生凹槽,这对电机的运转影响很大。
其余,实验表明,轴杆上的电压还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,轴承损伤越严重。
在马达事情的初期,润滑油温度较低的时候,电流幅度在5-200mA,这么小的电流不会对轴承产生任何破坏。但是,当马达运行一段韶光后,随着润滑油温度升高,峰值电流会达到5-10A,这会产生飞弧,在轴承部件的表面形成小坑。
电机定子绕组的保护
当电缆的长度超过30米时,当代变频器一定会在电机端产生尖峰电压,缩短电机的寿命。防止电机涌现损伤,有两个思路,一个是采取绕组绝缘抗电强度更高的电机(一样平常称为变频电机),另一个是采纳方法减小尖峰电压。前一种方法适宜于新建的项目,后一种方法适宜于对已有的电机进行改造。
目前常用的电机保护方法有以下4个:
1)在变频器的输出端安装电抗器:这个方法最常用,但是须要把稳的是,这个方法对付较短的电缆(30米以下)有一定效果,但是有时效果不足空想,如图6(c)所示。
2)在变频器的输出端安装dv/dt滤波器:这个方法适用于电缆长度小于300米的场合,价格略高于电抗器,但是效果有了明显的改进,如图6(d)所示。
3)在变频器的输出端安装正弦波滤波器:这个方法是最空想的。由于在这里,将PWM脉冲电压变成了正弦波电压,是电机事情在与工频电压相同的条件下,尖峰电压的问题得到了彻底的办理(电缆再长,也不会涌现尖峰电压了)。
4)在电缆与电机接口的位置安装尖峰电压接管器:前面几个方法的缺陷是当电机的功率较大时,电抗器或滤波器的体积、重量很大,价格较高,其余,电抗器和滤波器都会导致一定的电压降,影响电机的输着力矩,采取变频器尖峰电压接管器能够战胜这些缺陷。航天科工集团二院706所开拓的SVA尖峰电压接管器,采取前辈的电力电子技能和智能掌握技能,是办理电机损伤的空想设备。其余,SVA尖峰接管器还能保护电机的轴承。