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      變頻器對電機的損傷到底存在嗎?

      文章出處: 人氣:發表時間:2020-07-08 12:36
             很多人已經發現了變頻器對電機損傷的現象。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發生損壞的現象。而過去,這個水泵廠的產品質量十分可靠。經過調查,發現這些損壞的水泵都是用變頻器驅動的。盡管變頻器損傷電機的現象越來越被人們所關注,但是人們對造成這種現象的機理還不清楚,更不知道如何來預防。今天就讓德力西東莞變頻器廠家小編一起來和大家分享解決這些困惑。
       
             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。這種損傷一般發生在幾周至十幾個月內,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、環境溫度等諸多因素有關。電機的早期意外損壞給企業的生產帶來巨大的經濟損失。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帶來的經濟損失。因此,在使用變頻器驅動電機時,必須對電機損傷的問題有足夠的重視。
       
             變頻器驅動與工頻驅動的區別
       
             要了解工頻電機在變頻器驅動條件下更容易損壞的機理,首先了解變頻器驅動電機的電壓與工頻電壓有什么區別。然后再了解這種差別是如何對電機產生不良影響的。
       
             變頻器的基本構造如圖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制的電壓波形(PWM電壓)。因此,變頻器驅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。用脈沖電壓驅動電機就是導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,在負載端會產生反射。反射的結果是,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致電機過早失效。
       
             變頻器驅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。
       
             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生的尖峰電壓數量更多,對電機的沖擊的次數更多。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)。
       
             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?C時,電機的壽命只有50%。變頻器驅動的電機,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連通的狀態,斷續連通的電路會產生電弧,電弧燒毀了軸承。
       
             導致交流電機的軸承中流過電流的原因主要有兩個,第一,內部電磁場不平衡產生的感應電壓,第二,雜散電容引起的高頻電流通路。
       
             理想交流感應電機內部的磁場是對稱的,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出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導致電機內部的磁場不對稱時,就會在軸桿上感應出電壓,電壓的幅度在10~30V,這與驅動電壓有關,驅動電壓越高,軸桿上的電壓越高。當這個電壓的數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開關的通斷過程,這個過程中會產生電弧,燒蝕軸桿、滾珠、軸碗的表面,形成凹坑。如果沒有外部振動,小凹坑不會產生過大的影響,但是如果有外部振動時,會產生凹槽,這對電機的運轉影響很大。
       
             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,基波頻率越低,軸桿上的電壓越高,軸承損傷越嚴重。
       
             在馬達工作的初期,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生任何損壞。但是,當馬達運行一段時間后,隨著潤滑油溫度升高,峰值電流會達到5-10A,這會產生飛弧,在軸承部件的表面形成小坑。
       
             電機定子繞組的保護
       
             當電纜的長度超過30米時,現代變頻器必然會在電機端產生尖峰電壓,縮短電機的壽命。防止電機出現損傷,有兩個思路,一個是采用繞組絕緣抗電強度更高的電機(一般稱為變頻電機),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進行改造。
       
             目前常用的電機保護方法有以下4個:
       
             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,價格略高于電抗器,但是效果有了明顯的改善,如圖6(d)所示。
       
             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。因為在這里,將PWM脈沖電壓變成了正弦波電壓,是電機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,也不會出現尖峰電壓了)。
       
             4)在電纜與電機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電機的功率較大時,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致一定的電壓降,影響電機的輸出力矩,采用變頻器尖峰電壓吸收器能夠克服這些缺點。航天科工集團二院706所開發的SVA尖峰電壓吸收器,采用先進的電力電子技術和智能控制技術,是解決電機損傷的理想設備。另外,SVA尖峰吸收器還能保護電機的軸承。
       
             尖峰電壓吸收器是一種新型的電機保護裝置,如圖7所示(航天科工集團的SVA型號)。并聯連接電機的電源輸入端。
       
             SVA尖峰電壓吸收器的原理框圖如圖8所示,它的工作過程如下:
       
             1)尖峰電壓檢測電路實時檢測電機電源線上的電壓幅度;
       
             2)當檢測到電壓的幅度超過設定的閾值時,控制尖峰能量緩沖電路,使其吸收尖峰電壓的能量;
       
             3)當尖峰電壓的能量充滿尖峰能量緩沖器時,尖峰能量吸收控制閥門打開,使緩沖器中的尖峰能量泄放到尖峰能量吸收器,將電能轉變成熱能;
       
             4)溫度監控器監測尖峰能量吸收器的溫度,當溫度過高時,適當關閉尖峰能量吸收控制閥門,減小能量的吸收(在保證電機受到保護的前提下),避免尖峰電壓吸收器過熱而損壞;
       
             5)軸承電流吸收電路的作用是將軸承電流吸收掉,保護電機軸承。
       
             尖峰吸收器與前面所述的du/dt濾波器、正弦波濾波器等電機保護方法相比,最大的好處是,體積小、價格低,安裝簡便(并聯安裝)。特別是功率較大的場合,尖峰吸收器在價格、體積、重量等方面的優點很突出。另外,由于是并聯安裝,不會產生電壓降,而du/dt濾波器和正弦波!
       
            以上是關于變頻器對電機的損傷到底存在沒有的內容匯總,希望對于你了解和購買變頻器產品有更好的幫助哦。
       
            杭州德力西變頻器(華南)有限公司主要生產銷售變頻器、軟啟動、觸摸屏、非標訂制變頻器等產品公司本著“誠實守信、客戶至上、薄利多銷、互利互贏”的宗旨,堅持“信用第一、顧客至上、求實進取、爭創一流”的企業精神,始終如一的為廣大客戶提供更優更多的產品。更周到的服務。贏得了廣大客戶的信賴和好評。真誠希望和各地朋友攜手合作,共同發展,熱枕歡迎各地各界新老朋友來電函,洽談業務。(地址:東莞市厚街鎮康樂南路新塘澤美大廈四樓423號 手機號碼:13925775757 )
       
       
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