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變頻器損傷電動機絕緣、軸承的根本原因及其解決方案

劉一帆 ? 來源:濾波器電抗器 ? 作者:濾波器電抗器 ? 2022-07-05 16:49 ? 次閱讀

有很多朋友問綠波杰能,我的電動機明明沒有用多長時間,怎么電動機軸承就壞了呢?剛開始是懷疑電動機軸承質量不行,換用質量更好、知名度更高的品牌,還軸承還是頻繁壞,這是什么原因呢?

還有的朋友問綠波杰能,我的新電動機,才買了幾個月,電動機就燒了,找修電動機的打開一看,說是電動機絕緣被擊穿了。又買了一個知名度更高的品牌的電動機,可剛過了幾個月,又壞了,這到底是什么原因呢?

遇到諸如此類的問題,很多人都是從電動機本身,或者是軸承本身去找原因,可往往忽略了這件事情的主謀——變頻器。

之所以忽略變頻器,往往是人們對變頻器還不夠了解,誠然,變頻器具有調速、節能等等諸多的功能、優勢,但人們卻忽略了變頻器的另一面,那就是變頻器的諧波。

一、變頻器的基本電路原理

要了解變頻器的諧波,首先就得了解變頻器的基本電路原理。咱們現在所用的變頻器,99.99%是采用“交-直-交”這樣的電路結構的。交流變直流的環節,也就是變頻器的整流環節,采用的電路是整流電路,整流電路的主要構件就是“整流橋”;直流變交流的環節,也就是變頻器的逆變環節,采用的電路是逆變電路,逆變電路的主要構件就是“逆變器”,我們常說的IGBT、IPM、PIM等等,都是逆變器。

變頻器電路原理圖

二、逆變電路的諧波產生機理

變頻器的逆變電路的主要構件是逆變器。這個逆變器,就相當于一個高速開關,每個運行周期內,需要動作幾千次,這個動作次數是取決于變頻器參數中的“開關頻率”,也叫“載波頻率”,所以,載波頻率不宜過高,否則,會影響逆變器的壽命。扯遠了啊,繼續說逆變電路的諧波產生機理。逆變器通過高速通斷,將一個完整波形斬成幾千段,然后,再復原出來的,就是PWM/SPWM波,具體就要看采用哪種調制方式了。

毫無疑問,逆變器復原出來的PWM/SPWM等波形,都不是標準的正弦波了,非常接近于方波,里面含有大量的毛刺,也就是諧波成分,根據傅里葉級數,該波形也可以分解為基波和諧波。

變頻器逆變側的電壓波形圖

三、變頻器損傷電動機絕緣、軸承的根本原因

前面,綠波杰能已經提到過了,通過變頻器的逆變電路輸出的波形,已經不是標準的正弦波,而是PWM/SPWM波,這里面含有基波和豐富的諧波,正是因為這些豐富的諧波,才導致了電動機軸承、絕緣的頻繁損壞。所以,電動機軸承、絕緣頻繁損壞的根本原因,就在變頻器輸出的波形上。

變頻器PWM/SPWM波,落實到具體的電壓數值上,就表現為PWM電壓,該電壓為變頻器正常輸出電壓的數倍,再加上電纜的長距離傳輸,尤其是電纜長度足夠長時,在電動機的接線端子上,我們可以測量到≥2倍PWM電壓的過沖電壓,有時會測量到≥10000V/μs的過沖電壓。過沖電壓施加到電動機的軸承上,會對軸承造成電壓沖擊,頻繁的過電壓沖擊會對電動機的軸承產生不良影響,長期的電壓沖擊會導致電動機的軸承出現麻點、破裂等問題;過沖電壓施加到電動機的定子絕緣上,會對電動機的定子絕緣產生不良影響,頻繁的過電壓沖擊會導致電動機的定子絕緣被擊穿的問題,也就是電動機被燒了。

四、電動機絕緣、軸承被損傷問題的解決方案

要想徹底解決電動機絕緣、軸承被損傷、損壞的問題,比較理想的解決方案是采用MLAD-SW正弦波濾波器,它可以將變頻器輸出的PWM/SPWM波轉變為較為理想的正弦波,諧波畸變率控制到≤4.68%(國標規定的電源標準為諧波畸變率≤5%),也就是說,采用MLAD-SW正弦波濾波器之后,可以把變頻器變成變頻電源。

有些客戶考慮成本、投資等情況下,也可以考慮選用MLAD-DW系列Du/Dt濾波器、MLAD-VR-SC變頻器專用輸出電抗器等變頻器諧波抑制器件,雖然效果遠遠不及MLAD-SW正弦波濾波器,但其成本較低,也更容易被接受。

MLAD-SW正弦波濾波器

審核編輯 黃昊宇

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