工频电机被变频使用的危害

2022-07-26 58

       Ms.参的朋友小Z是一个企业的老总,听他讲了一件事,他们企业供出的一个规格电机产品近几年频频发生匝间和过载故障问题,头疼的是相同的方案、相同的工艺为何突然的问题变多了?朋友小Z的市场服务人员最终发现,故障电机几乎全部被变频使用,而他们的电机当时是针对该客户的工频设备设计。带着该问题,我们今天就简单谈谈工频电机变频使用的问题。

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 普通异步电动机都是按恒频率、恒电压运行方案设计的,额定工作点附近比较窄的区域内能够按设计预期高效运行,一般不宜用于宽范围变频调速。有些客户基于成本的考虑,直接拿普通异步电动机当变频电机用,导致电机故障频发或使用寿命缩短。实际上,不少的电机企业设计开发了宽频电机,专门用于宽范围变频调速场合。那么,话题回到“普通异步电动机当变频电机用”这一命题,究竟这种简单粗暴的应用有怎样的潜在危害?有无升级到宽频电机的必要?今天我们从理论分析入手,理清故障频发的内在机理,简要说明问题。
       效率降  温升增
       所有的变频器在运行中都会产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。变频器的高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加,最为显著的是转子铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机在变频器条件下使用,最为直接的是温升的增加,特别是对于IP23系列电机影响更为严重。

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 低速时冷却效果变差
       当电源频率较低时,电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次,普通异步电动机转速降低时,冷却风量减小明显,使电动机冷却状况变坏,直接结果是温升急剧增加,也难以实现恒转矩输出。
       绝缘强度无法满足
       变频器的载波频率非常高(约为几千到十几千赫),会使电机定子绕组承受很高的电压,使电机的匝间绝缘承受较为严酷的考验,并对电动机对地绝缘构成威胁,最终的结果是电机因匝间 、相间和对地故障,严重时表现为绕组过载。因相间绝缘和对地绝缘的设计裕度都相对较大,电机更多的表现为匝间和过载,但对于自动嵌线机加工的不加相间块的定子,相对故障也会相对较多。


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       导致电磁噪音和振动问题
       普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的振动和噪声问题更加复杂。变频电源中各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,会出现严重的电磁高频噪声并伴有一定程度的振动。


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       结构疲劳和绝缘老化
       采用变频器供电,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,但电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。  


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       高性能变频器的应用给电机行业带来革命性变革,大多数电机试验设备用静止可调变频电源取代了调压器和变频机组。但终端客户大多工频供电,必然带来一个不容忽视的隐患:静止可调变频电源供电时电机能够正常运转,工频供电可能无法正常起动。Ms.参的朋友小C就有这样的遭遇:一台多速电机,静止可调变频电源试验(变频起动)时一切正常,客户工频供电在某一个转速下无法起动。因此,模拟实际工况电源试验合格的变频电机应用到传统工频供电场合同样可能存在致命缺陷。


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