變頻器損傷電機(jī)的秘密(1)
變頻器的出現(xiàn)為工業(yè)自動(dòng)化控制、電機(jī)節(jié)能帶來(lái)了革新。工業(yè)生產(chǎn)中幾乎離不開(kāi)變頻器,即使在日常生活中,電梯、變頻空調(diào)也成為不可缺少的部分,變頻器已經(jīng)開(kāi)始滲入到生產(chǎn)、生活的各個(gè)角落。然而,變頻器也帶來(lái)了許多前所未有的困擾,其中損傷電機(jī)就是最典型的現(xiàn)象之一。
很多人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了變頻器對(duì)電機(jī)損傷的現(xiàn)象。例如,某水泵廠,近兩年來(lái),他的用戶頻繁報(bào)告水泵在保修期內(nèi)發(fā)生損壞的現(xiàn)象。而過(guò)去,這個(gè)水泵廠的產(chǎn)品質(zhì)量十分可靠。經(jīng)過(guò)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這些損壞的水泵都是用變頻器驅(qū)動(dòng)的。
盡管變頻器損傷電機(jī)的現(xiàn)象越來(lái)越被人們所關(guān)注,但是人們對(duì)造成這種現(xiàn)象的機(jī)理還不清楚,更不知道如何來(lái)預(yù)防。本文的目的是解決這些困惑。
變頻器對(duì)電機(jī)的損傷包括兩個(gè)方面,定子繞組的損傷和軸承的損傷。這種損傷一般發(fā)生在幾周至十幾個(gè)月內(nèi),具體時(shí)間與變頻器的品牌、電機(jī)的品牌、電機(jī)的功率、變頻器的載波頻率、變頻器與電機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度、環(huán)境溫度等諸多因素有關(guān)。電機(jī)的早期意外損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這種損失不僅是電機(jī)維修和更換帶來(lái)的費(fèi)用,更主要的是意外停產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。因此,在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí),必須對(duì)電機(jī)損傷的問(wèn)題有足夠的重視。
要了解工頻電機(jī)在變頻器驅(qū)動(dòng)條件下更容易損壞的機(jī)理,首先了解變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓與工頻電壓有什么區(qū)別。然后再了解這種差別是如何對(duì)電機(jī)產(chǎn)生不良影響的。
變頻器的基本構(gòu)造包括整流電路與逆變電路兩部分。整流電路為普通二極管與濾波電容構(gòu)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(diào)制的電壓波形(pwm電壓)。因此,變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)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。用脈沖電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)就是導(dǎo)致電機(jī)容易損壞的根本原因。
脈沖電壓在電纜上傳輸時(shí),如果電纜的阻抗與負(fù)載的阻抗不匹配,在負(fù)載端會(huì)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,它的幅度最大可以達(dá)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。過(guò)高的尖峰電壓加在電機(jī)定子的線圈上,對(duì)線圈造成電壓沖擊,頻繁的過(guò)電壓沖擊會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)早失效。
很多人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了變頻器對(duì)電機(jī)損傷的現(xiàn)象。例如,某水泵廠,近兩年來(lái),他的用戶頻繁報(bào)告水泵在保修期內(nèi)發(fā)生損壞的現(xiàn)象。而過(guò)去,這個(gè)水泵廠的產(chǎn)品質(zhì)量十分可靠。經(jīng)過(guò)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)這些損壞的水泵都是用變頻器驅(qū)動(dòng)的。
盡管變頻器損傷電機(jī)的現(xiàn)象越來(lái)越被人們所關(guān)注,但是人們對(duì)造成這種現(xiàn)象的機(jī)理還不清楚,更不知道如何來(lái)預(yù)防。本文的目的是解決這些困惑。
變頻器對(duì)電機(jī)的損傷包括兩個(gè)方面,定子繞組的損傷和軸承的損傷。這種損傷一般發(fā)生在幾周至十幾個(gè)月內(nèi),具體時(shí)間與變頻器的品牌、電機(jī)的品牌、電機(jī)的功率、變頻器的載波頻率、變頻器與電機(jī)之間的電纜長(zhǎng)度、環(huán)境溫度等諸多因素有關(guān)。電機(jī)的早期意外損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這種損失不僅是電機(jī)維修和更換帶來(lái)的費(fèi)用,更主要的是意外停產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。因此,在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí),必須對(duì)電機(jī)損傷的問(wèn)題有足夠的重視。
要了解工頻電機(jī)在變頻器驅(qū)動(dòng)條件下更容易損壞的機(jī)理,首先了解變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電壓與工頻電壓有什么區(qū)別。然后再了解這種差別是如何對(duì)電機(jī)產(chǎn)生不良影響的。
變頻器的基本構(gòu)造包括整流電路與逆變電路兩部分。整流電路為普通二極管與濾波電容構(gòu)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(diào)制的電壓波形(pwm電壓)。因此,變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)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。用脈沖電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)就是導(dǎo)致電機(jī)容易損壞的根本原因。
脈沖電壓在電纜上傳輸時(shí),如果電纜的阻抗與負(fù)載的阻抗不匹配,在負(fù)載端會(huì)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,它的幅度最大可以達(dá)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。過(guò)高的尖峰電壓加在電機(jī)定子的線圈上,對(duì)線圈造成電壓沖擊,頻繁的過(guò)電壓沖擊會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過(guò)早失效。
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