领步课堂：解析变频器对电机的损伤与对策

返回列表来源：领步电能质量发布时间：2017-08-07分享加入收藏关注：-

                变频器对电机绕组的损伤是一个真实存在的故障现象，但多数人对此缺少认知。当电机用变频器启动后，电机在数周至数月内发生损坏，电机的早期意外损坏给企业的生产带来巨大的经济损失。这种损失不仅是电机维 修和更换带来的费用，更主要的是意外停产带来的经济损失。因此，在使用变频器驱动电机时，必须对电机损伤的问题有足够的重视。

一、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Z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，如图所示。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。图4给出了绝缘寿命随着电缆 长度与载波频率的变化。从图中可知，对于200英尺长的电缆，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，如图所示，当温度升高到75℃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。

          小功率电机由于其阻抗比大功率电机阻抗高。根据传输线的理论，负载抗组与电缆的阻抗小差越大，入射电压波在负载处反射越严重，越容易产生尖峰电压。因此小功率电机更容易倍变频器损伤。

               另外，小功率电机的线圈一般随机绕制，大电机的线圈一般采用规则的顺序绕制。对于一个线圈，电塔分部在每匝之间，如果线圈按照顺序绕制，匝间电压不会高于整个线圈上的电压，如果随意绕制，当线圈的头尾两端靠近时，整个线圈的电压出现在匝间，容易导致匝间绝缘被击穿，这也是小功率电机容易损坏的一个原因。要知道，当线圈上施加脉冲电压时，线圈上会产生很高的反电动势。

二、电机定子绕组的保护措施

          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（一般称为变频电机），另一个是采取措施减小尖峰电压。

          1、  在变频器的输出端安装电抗器：这个措施Z常用，但是需要注意的是，这个方法对于较短的电缆（30米 以下）有一定效果，但是有时效果不够理想。

                2、在变频器的输出端安装正弦波滤波器：这个措施是比较理想的。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）。

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