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變頻器對電機的影響和解決方案
2022-06-20

連著燒兩臺新電機！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，電機至變頻器距離120m，變頻器輸入輸出端都加了電抗器。電機電流很小，且環(huán)境溫度-10度左右，可以排除電機過熱的原因。這種情況什么原因可能造成電機故障？ 分析原因：負載電機的電流不大，是變頻器引起的，變頻器距離電機太遠了，變頻器輸出電流的諧波擊穿砸間的絕緣，導致短路，可以用示波器測下電機側的電流電壓的質量。 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，會使得加在電機上的（尖峰，示波器可以看到，普通萬用表看不到）電壓高，高壓擊穿電機繞組。 解決方案：若真是耐壓不夠燒電機，可以使用通過國際認證（CE,UL）的變頻器+適合的電抗器可以避免這樣的問題。 -變頻器對電機有沒有影響- 普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻調速的要求。以下為變頻器對電機的影響： 1、電動機的效率和溫升的問題 不論哪種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。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為調制比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產(chǎn)生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運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、電動機絕緣強度問題 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，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的4～6倍電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊電動機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 普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。 當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。 4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力 由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。 -變頻器會產(chǎn)生高奇次諧波- 主要以5次和7次對變頻器和電機影響比較大，通常在設計的時候為降低諧波的影響會增加電抗器，吸收電容等。也可以在變頻器輸出端增加濾波器。 變頻器供電電機的諧波功率如何計算？ 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。 -變頻器諧波對電機影響原因及改善辦法- 一、電機損壞的原因是變頻器在電機的定子繞組上產(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度，導致繞組損壞。尖峰電壓的幅度會達到變頻器額定工作電壓的3倍以上，例如，對于額定電壓380V的變頻器，尖峰電壓的幅度超過1200V。這種尖峰電壓每秒對電機定子繞組沖擊上千次，很快就會導致定子繞組的損壞。 二、電機損壞的原因是變頻器還會在電機的軸承中產(chǎn)生軸承電流，軸承中長時間流過軸承電流，會造成軸承的燒毀，功率越小的電機，定子繞組越容易損壞；功率越大的電機，軸承越容易損壞。 保護無力：由于現(xiàn)在所有市售電機保護器，全都是通過采集電流或電壓變化的數(shù)值，從而達到保護電機的目的；但因各種原因造成的電機軸承損毀，轉子偏心，進而造成電機掃膛，燒毀電機的問題這些保護器都起不到保護的功能了，因為只有當電機掃膛后，繞組燒壞短路了，這類保護器才會動做，但為時已晚；到目前為止還沒有一種智能化的針對電機軸承進行保護的產(chǎn)品；許多用戶只能用人工時刻監(jiān)視或定期巡檢測試軸承處溫度變化的方法，對一些大電機進行人為地保護。這種方法有兩個弊端存在： 1、增加了人員工作量，加大了企業(yè)的人員費用，同時還無法對所有電機進行看護。 2、人工檢測必競是有時間限制的，24小時內不可能時刻不離人，那么在非檢測的時間內如果軸承損毀，導致轉子偏心，電機掃膛，燒毀電機的事故就無法避免了普通電機由變頻器驅動時，壽命大幅度縮短，嚴重時，幾個月就出現(xiàn)定子繞組損壞。由此導致的停產(chǎn)給企業(yè)造成巨大的損失。

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