避免變頻器損傷電機(jī)繞組的方法

變頻器對電機(jī)定子繞組的損傷是一個(gè)真實(shí)存在的情況。但是這種情況還很少被人們所認(rèn)識(shí)。當(dāng)普通電機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)，繞組頻繁損壞，人們往往認(rèn)為是電機(jī)質(zhì)量的問題。

電機(jī)早期損壞給企業(yè)的生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)電機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)后，電機(jī)在數(shù)周至數(shù)月內(nèi)發(fā)生損壞。電機(jī)損壞給企業(yè)帶來的損失這不僅是電機(jī)維修和更換帶來的費(fèi)用，更主要的是意外停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

例如，某水泵廠反映，他的用戶反饋的質(zhì)量問題開始增多，但是水泵的制造工藝完全沒有改變，是什么導(dǎo)致水泵的質(zhì)量問題增多呢?經(jīng)過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)是，近年來變頻器使用的越來越普遍，這些出現(xiàn)質(zhì)量問題的水泵都是由變頻器驅(qū)動(dòng)的。

因此，在使用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，必須對電機(jī)損傷的問題有足夠的重視。第十四節(jié) 變頻器為什么會(huì)損傷電機(jī)的繞組絕緣中論述了變頻器損傷電機(jī)繞組的機(jī)理，簡而言之，當(dāng)PWM電壓波形的脈沖沿較短，電纜較長時(shí)，就容易產(chǎn)生損傷電機(jī)繞組的尖峰電壓。

現(xiàn)代變頻器中使用了高速IGBT作為開關(guān)器件，當(dāng)變頻器與電機(jī)之間的電纜的長度超過30米時(shí)，變頻器必然會(huì)在電機(jī)端產(chǎn)生尖峰電壓，損傷電機(jī)的定子繞組。

在實(shí)踐中常見到在變頻器的輸出端安裝電抗器，這種方法具有一定的保護(hù)電機(jī)的作用。但是，有些研究表明，電抗器對尖峰電壓的減小作用不穩(wěn)定，有時(shí)效果明顯，有時(shí)效果很小。一般使用電抗器后，尖峰電壓會(huì)變寬，較寬的尖峰電壓可能對電機(jī)繞組造成更嚴(yán)重的損傷，如圖1所示。

圖1 電抗器對于尖峰電壓的效果

規(guī)范化的解決尖峰電壓問題的方法有三個(gè)：

在變頻器的輸出端安裝DVF濾波器

在電機(jī)的輸入端安裝SVA尖峰吸收器

在變頻器的輸出端安裝SWF濾波器

當(dāng)電纜的長度小于300米時(shí)，在變頻器的輸出端安裝DVF電機(jī)衛(wèi)士(du/dt濾波器)是解決尖峰電壓的簡單方法，圖2所示的是，變頻器輸出安裝串聯(lián)電抗器和DVF電機(jī)衛(wèi)士后的效果對比，可見DVF濾波器能夠提供確定的效果。

圖2 du/dt濾波器與電抗器的比較

DVF濾波器雖然能夠提供確定的尖峰電壓抑制效果，但是當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)，DVF濾波器的體積、重量較大，成本較高。為了克服這些缺點(diǎn)，航天科工集團(tuán)二院706所開發(fā)了SVA尖峰電壓吸收器。尖峰電壓吸收器是一種新型的電機(jī)保護(hù)裝置，如圖3。它的使用方法與DVF濾波器不同。SVA與電機(jī)并聯(lián)連接，能夠?qū)㈦姍C(jī)電源輸入端的尖峰電壓吸收掉，如圖4所示，保證電壓不會(huì)超過800V。

SVA尖峰電壓吸收器，使用方便，價(jià)格低廉，不僅能保護(hù)電機(jī)的繞組，還能保護(hù)電機(jī)的軸承，是變頻器配套濾波器的理想設(shè)備。

圖3 尖峰吸收器實(shí)物

圖4 SVA型尖峰電壓吸收器的效果

如果變頻器與電機(jī)之間的電纜超過300米，無論DVF濾波器還是SVA尖峰吸收器都不能起到理想的電機(jī)保護(hù)作用，這時(shí)要使用正弦波濾波器(SWF電機(jī)衛(wèi)士)。

防止電機(jī)出現(xiàn)損傷的方法有三個(gè)：

這三種方法比較如表1所示。

表1 各種電機(jī)保護(hù)措施的比較