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你知道變頻器會損傷電機的秘密嗎?

來源:有貨號??作者:有貨號?發布時間:? 閱讀:40

你知道變頻器會損傷電機的秘密嗎?

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。

1、經過調查,發現這些損壞的水泵都是用變頻器驅動的。

2、變頻器的出現為工業自動化控制、電機節能帶來了革新。

3、工業生產中幾乎離不開變頻器,即使在日常生活中,電梯、變頻空調也成為不可缺少的部分,變頻器已經開始滲入到生產、生活的各個角落。

4、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象之一。

5、很多人已經發現了變頻器對電機損傷的現象。

6、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。

7、而過去,這個水泵廠的產品質量十分可靠。

8、經過調查,發現這些損壞的水泵都是用變頻器驅動的。

9、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。

10、本文的目的是解決這些困惑。

11、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。

12、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。

13、電機的早期意外損壞給企業的生產帶來巨大的經濟損失。

14、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。

15、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。

16、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。

17、然后再了解這種差別是如何對電機產生不良影響的。

18、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。

19、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)。

20、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。

21、用脈沖電壓驅動電機就是導致電機容易損壞的根本原因。

22、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。

23、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。

24、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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、圖4給出了絕緣壽命隨著電纜長度與載波頻率的變化。

29、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)。

30、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%。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。

36、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。

37、軸桿旋轉過程中,在某個時刻,潤滑油的絕緣又阻斷了電流。

38、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。

39、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。

40、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。

41、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。

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