变频器对电机的损伤-博天堂在线开户

发布企业重要信息, 增加企业透明度,更真实,更权威!
行业资讯

变频器对电机的损伤

信息来源:发布时间:2020-07-28阅读:706

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。这种损伤一般发生在几周至十几个月内,具体时间与变频器的品牌、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、环境温度等诸多因素有关。

1、变频器驱动与工频驱动的区别

变频器驱动电机的电压与工频电压的区别:变频器的基本构造包括整流电路与逆变电路两部分。整流电路为普通二极管与滤波电容构成的直流电压输出电路,逆变电路将直流电压变换成脉宽调制的电压波形(pwm电压)。因此,变频器驱动电机的电压波形是脉宽变化的脉冲波形,而不是正弦波电压波形。用脉冲电压驱动电机就是导致电机容易损坏的根本原因。

2、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,大约相当于变频器输入电压的3倍。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因素,包括温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘的工艺等因素有关。

变频器的载波频率越高,输出电流波形越接近正弦波,这会降低电机的运行温度,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。对于约60米长的电缆,当载波频率从3khz提高到12khz(变化4倍)时,绝缘的寿命从大约8万小时降低到2万小时(相差4倍)。
电机的温度越高,绝缘的寿命越短,当温度升高到750c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况。

3、变频器损伤电机轴承的机理

变频器损伤电机轴承的原因是,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。

导致交流电机的轴承中流过电流的原因主要有两个,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通路。理想交流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1200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,就会形成一个电流通路。轴杆旋转过程中,在某个时刻,润滑油的绝缘又阻断了电流。这个过程类似于机械式开关的通断过程,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。

另外,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。

在马达工作的初期,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损坏。但是,当马达运行一段时间后,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。

4、电机定子绕组的保护

当电缆的长度超过30米时,现代变频器必然会在电机端产生尖峰电压,缩短电机的寿命。防止电机出现损伤,有两个思路,一个是采用绕组绝缘抗电强度更高的电机(称为变频电机),另一个是采取措施减小尖峰电压。前一种措施适合于新建的项目,后一种措施适合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:这个措施最常用,但是需要注意的是,该方法对于较短的电缆(30米以下)有一定效果,但有时效果不够理想。

2在变频器的输出端安装dv/dt滤波器:这个措施适用于电缆长度小于300米的场合,价格略高于电抗器,效果有了明显的改善。

3在变频器的输出端安装正弦波滤波器:这个措施是最理想的。因为在这里,将pwm脉冲电压变成了正弦波电压,是电机工作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解决(电缆再长,也不会出现尖峰电压了)。

4在电缆与电机接口的位置安装尖峰电压吸收器:前面几个措施的缺点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,另外,电抗器和滤波器都会导致一定的电压降,影响电机的输出力矩,采用变频器尖峰电压吸收器能够克服这些缺点。航天科工集团二院706所开发的sva尖峰电压吸收器,采用先进的电力电子技术和智能控制技术,是解决电机损伤的理想设备。另外,sva尖峰吸收器还能保护电机的轴承。是一种新型的电机保护装置(航天科工集团的sva型号),并联连接电机的电源输入端。

工作过程如下:尖峰电压检测电路实时检测电机电源线上的电压幅度;当检测到电压的幅度超过设定的阈值时,控制尖峰能量缓冲电路,使其吸收尖峰电压的能量;当尖峰电压的能量充满尖峰能量缓冲器时,尖峰能量吸收控制阀门打开,使缓冲器中的尖峰能量泄放到尖峰能量吸收器,将电能转变成热能;温度监控器监测尖峰能量吸收器的温度,当温度过高时,适当关闭尖峰能量吸收控制阀门,减小能量的吸收(在保证电机受到保护的前提下),避免尖峰电压吸收器过热而损坏;轴承电流吸收电路的作用是将轴承电流吸收掉,保护电机轴承。

尖峰吸收器最大的好处是,体积小、价格低,安装简便(并联安装)。特别是功率较大的场合,尖峰吸收器在价格、体积、重量等方面的优点很突出。另外,由于是并联安装,不会产生电压降,而d滤波器都会有一定的电压降接近10%,这会导致电机的转矩降低。

5、补充:

要改变变频器输入侧的功率因数,必须对症下药,设法削减电流中的高次谐波成分。

1)接入交流电抗器。但就提高功率因数的效果而言,接入交流电抗器后的效果并不理想,只能将功率因数提高0.75-0.85。但交流电抗器具有削弱浪涌电流和电源电压不平衡的影响等功能,因此,在不少场合,是需要接入交流电抗器的。如:多台变频器接在同一网络时;同一网络中有大容量晶闸管设备时;变频器的容量不足供电变压器容量的十分之一时。

2)接入直流电抗器。直流电抗器接在整流桥和滤波电容器之间,就提高功率因数的效果而言,直流电抗器优于交流电抗器,可将功率因数提高到0.9以上。直流电抗器容易自制。用废了的变压器铁芯,在铁芯上绕上若干匝数即可。匝数一电动机满载时,电抗器上的压降不超过平均直流电压(513v)的3%为宜。

3)采用12脉动整流。

相关评论
联系博天堂在线开户

周口市通用鼓风机有限公司
地址:河南省周口市川汇区周西路37号
电话微信同号:13137650060 
传真:0394-8233409
邮箱:930948608@qq.com

网站地图