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變頻器對(duì)電機(jī)的影響和解決方案
2022-06-20

連著燒兩臺(tái)新電機(jī)！變頻器輸出電流電壓都平衡，輸入電壓平衡，電流不穩(wěn)，波動(dòng)在20%-50%,變頻器是在35Hz匝間短路燒掉的，電網(wǎng)電壓很穩(wěn)定，720V，電機(jī)至變頻器距離120m，變頻器輸入輸出端都加了電抗器。電機(jī)電流很小，且環(huán)境溫度-10度左右，可以排除電機(jī)過熱的原因。這種情況什么原因可能造成電機(jī)故障？ 分析原因：負(fù)載電機(jī)的電流不大，是變頻器引起的，變頻器距離電機(jī)太遠(yuǎn)了，變頻器輸出電流的諧波擊穿砸間的絕緣，導(dǎo)致短路，可以用示波器測下電機(jī)側(cè)的電流電壓的質(zhì)量。 電纜線長，與大地之間，存在一定的分布電容，這種電容就會(huì)影響到電的傳播，使得電流與電壓之間產(chǎn)生一定的相移，會(huì)使得加在電機(jī)上的（尖峰，示波器可以看到，普通萬用表看不到）電壓高，高壓擊穿電機(jī)繞組。 解決方案：若真是耐壓不夠燒電機(jī)，可以使用通過國際認(rèn)證（CE,UL）的變頻器+適合的電抗器可以避免這樣的問題。 -變頻器對(duì)電機(jī)有沒有影響- 普通異步電動(dòng)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。以下為變頻器對(duì)電機(jī)的影響： 1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題 不論哪種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。據(jù)資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調(diào)制比）。 高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%-20%。 2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問題 目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。其載波頻率約為幾千到十幾千赫上升率，相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的4～6倍電壓疊加在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖加速老化。 3、諧波電磁噪聲與震動(dòng) 普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機(jī)電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。 當(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。 4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力 由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。 -變頻器會(huì)產(chǎn)生高奇次諧波- 主要以5次和7次對(duì)變頻器和電機(jī)影響比較大，通常在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榻档椭C波的影響會(huì)增加電抗器，吸收電容等。也可以在變頻器輸出端增加濾波器。 變頻器供電電機(jī)的諧波功率如何計(jì)算？ 方法一： 傅立葉變換得到電壓、電流的每次諧波的幅值和相位，根據(jù)P=√3UIcosφ計(jì)算出每次諧波的有功功率，將所有諧波的有功功率相加，得到諧波功率。 方法二： 測量出總有功功率，傅立葉變換得到電壓、電流的基波幅值和相位，根據(jù)P=√3UIcosφ計(jì)算出基波有功功率，總有功功率減去基波有功功率就是諧波功率。 諧波功率測量精度較低，一般諧波頻率越高，精度越低，推薦采用第二種方法。 -變頻器諧波對(duì)電機(jī)影響原因及改善辦法- 一、電機(jī)損壞的原因是變頻器在電機(jī)的定子繞組上產(chǎn)生很高的尖峰電壓，尖峰電壓的幅度超過了繞組的絕緣強(qiáng)度，導(dǎo)致繞組損壞。尖峰電壓的幅度會(huì)達(dá)到變頻器額定工作電壓的3倍以上，例如，對(duì)于額定電壓380V的變頻器，尖峰電壓的幅度超過1200V。這種尖峰電壓每秒對(duì)電機(jī)定子繞組沖擊上千次，很快就會(huì)導(dǎo)致定子繞組的損壞。 二、電機(jī)損壞的原因是變頻器還會(huì)在電機(jī)的軸承中產(chǎn)生軸承電流，軸承中長時(shí)間流過軸承電流，會(huì)造成軸承的燒毀，功率越小的電機(jī)，定子繞組越容易損壞；功率越大的電機(jī)，軸承越容易損壞。 保護(hù)無力：由于現(xiàn)在所有市售電機(jī)保護(hù)器，全都是通過采集電流或電壓變化的數(shù)值，從而達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的；但因各種原因造成的電機(jī)軸承損毀，轉(zhuǎn)子偏心，進(jìn)而造成電機(jī)掃膛，燒毀電機(jī)的問題這些保護(hù)器都起不到保護(hù)的功能了，因?yàn)橹挥挟?dāng)電機(jī)掃膛后，繞組燒壞短路了，這類保護(hù)器才會(huì)動(dòng)做，但為時(shí)已晚；到目前為止還沒有一種智能化的針對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行保護(hù)的產(chǎn)品；許多用戶只能用人工時(shí)刻監(jiān)視或定期巡檢測試軸承處溫度變化的方法，對(duì)一些大電機(jī)進(jìn)行人為地保護(hù)。這種方法有兩個(gè)弊端存在： 1、增加了人員工作量，加大了企業(yè)的人員費(fèi)用，同時(shí)還無法對(duì)所有電機(jī)進(jìn)行看護(hù)。 2、人工檢測必競是有時(shí)間限制的，24小時(shí)內(nèi)不可能時(shí)刻不離人，那么在非檢測的時(shí)間內(nèi)如果軸承損毀，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心，電機(jī)掃膛，燒毀電機(jī)的事故就無法避免了普通電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，壽命大幅度縮短，嚴(yán)重時(shí)，幾個(gè)月就出現(xiàn)定子繞組損壞。由此導(dǎo)致的停產(chǎn)給企業(yè)造成巨大的損失。

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