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變頻器損傷電機的秘密

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數(shù):95
核心提示:

  變頻器的出現(xiàn)為工業(yè)自動化控制、電機節(jié)能帶來了革新。工業(yè)生產(chǎn)中幾乎離不開變頻器,即使在日常生活中,電梯、變頻空調(diào)也成為不可缺少的部分,變頻器已經(jīng)開始滲入到生產(chǎn)、生活的各個角落。然而,變頻器也帶來了許多前所未有的困擾,其中損傷電機就是最典型的現(xiàn)象之一。 

  很多人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了變頻器對電機損傷的現(xiàn)象。例如,某水泵廠,近兩年來,他的用戶頻繁報告水泵在保修期內(nèi)發(fā)生損壞的現(xiàn)象。而過去,這個水泵廠的產(chǎn)品質(zhì)量十分可靠。經(jīng)過調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這些損壞的水泵都是用變頻器驅(qū)動的。 

  盡管變頻器損傷電機的現(xiàn)象越來越被人們所關(guān)注,但是人們對造成這種現(xiàn)象的機理還不清楚,更不知道如何來預(yù)防。本文的目的是解決這些困惑。 

  變頻器對電機的損傷 

  變頻器對電機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、電機的品牌、電機的功率、變頻器的載波頻率、變頻器與電機之間的電纜長度、環(huán)境溫度等諸多因素有關(guān)。電機的早期意外損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟損失。這種損失不僅是電機維修和更換帶來的費用,更主要的是意外停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失。因此,在使用變頻器驅(qū)動電機時,必須對電機損傷的問題有足夠的重視。 

  圖1 變頻器對電機的損傷 

  變頻器驅(qū)動與工頻驅(qū)動的區(qū)別 

  要了解工頻電機在變頻器驅(qū)動條件下更容易損壞的機理,首先了解變頻器驅(qū)動電機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)動電機就是導(dǎo)致電機容易損壞的根本原因。 

  變頻器損傷電機定子繞組的機理 

  脈沖電壓在電纜上傳輸時,如果電纜的阻抗與負載的阻抗不匹配,在負載端會產(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到直流母線電壓的2倍,大約相當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)致電機過早失效。

 

  變頻器驅(qū)動的電機受到尖峰電壓的沖擊后,它的實際壽命與很多因素,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,這會降低電機的運行溫度,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)。 

  圖4  載波頻率對絕緣的影響 

  電機的溫度越高,絕緣的壽命越短,如圖5所示,當溫度升高到75℃時,電機的壽命只有50%。變頻器驅(qū)動的電機,由于PWM電壓包含較多的高頻成份,電機溫度會遠高于工頻電壓驅(qū)動的情況。 

  變頻器損傷電機軸承的機理 

  變頻器損傷電機軸承的原因是,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)電機內(nèi)部的磁場是對稱的,當三相繞組的電流相等,并且相位相差120時,不會在電機的軸桿上感應(yīng)出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導(dǎo)致電機內(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。當這個電壓的數(shù)值超過軸承中的潤滑油的絕緣強度時,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。這個過程類似于機械式工博士工業(yè)品商城聲明:凡資訊來源注明為其他媒體來源的信息,均為轉(zhuǎn)載自其他媒體,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點,也不代表本網(wǎng)站對其真實性負責。您若對該文章內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑,請立即與商城(cn7151.com)聯(lián)系,本網(wǎng)站將迅速給您回應(yīng)并做處理。
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