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電能質(zhì)量
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領(lǐng)步課堂：解析變頻器對電機的損傷與對策

返回列表來源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2017-08-07分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂2

變頻器對電機繞組的損傷是一個真實存在的故障現(xiàn)象，但多數(shù)人對此缺少認知。當(dāng)電機用變頻器啟動后，電機在數(shù)周至數(shù)月內(nèi)發(fā)生損壞，電機的早期意外損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)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(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失。因此，在使用變頻器驅(qū)動電機時，必須對電機損傷的問題有足夠的重視。

變頻器對電機的損傷web

一、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(chǎn)生反射。反射的結(jié)果是，入射波與反射波疊加，形成更高的電壓，它的幅度Z大可以達到直流母線電壓的2倍，大約相當(dāng)于變頻器輸入電壓的3 倍，如圖所示。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(dǎo)致電機過早失效。

尖峰電壓web

變頻器驅(qū)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(guān)。
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(chǎn)生的尖峰電壓數(shù)量更多，對電機的沖擊的次數(shù)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(dāng)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）。
電機的溫度越高，絕緣的壽命越短，如圖所示，當(dāng)溫度升高到75℃時，電機的壽命只有50%。變頻器驅(qū)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(qū)動的情況。

對絕緣的影響

小功率電機由于其阻抗比大功率電機阻抗高。根據(jù)傳輸線的理論，負載抗組與電纜的阻抗小差越大，入射電壓波在負載處反射越嚴(yán)重，越容易產(chǎn)生尖峰電壓。因此小功率電機更容易倍變頻器損傷。

另外，小功率電機的線圈一般隨機繞制，大電機的線圈一般采用規(guī)則的順序繞制。對于一個線圈，電塔分部在每匝之間，如果線圈按照順序繞制，匝間電壓不會高于整個線圈上的電壓，如果隨意繞制，當(dāng)線圈的頭尾兩端靠近時，整個線圈的電壓出現(xiàn)在匝間，容易導(dǎo)致匝間絕緣被擊穿，這也是小功率電機容易損壞的一個原因。要知道，當(dāng)線圈上施加脈沖電壓時，線圈上會產(chǎn)生很高的反電動勢。

二、電機定子繞組的保護措施

當(dāng)電纜的長度超過30米時，現(xiàn)代變頻器必然會在電機端產(chǎn)生尖峰電壓，縮短電機的壽命。防止電機出現(xiàn)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。

1、在變頻器的輸出端安裝電抗器：這個措施Z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。

2、在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個措施是比較理想的。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(xiàn)尖峰電壓了）。

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