变频器对电机的损伤有多大（变频器会损坏电机吗）

很多人都发现过变频器损坏电机的现象。例如，某水泵厂，近两年来，其用户经常反映水泵在保修期内损坏。过去，这家水泵厂的产品质量非常可靠。经调查，发现这些损坏的水泵是由变频器驱动的。

尽管变频器造成电机损坏的现象越来越受到人们的关注，但人们仍然不知道造成这种现象的机理，更不用说如何预防。本文的目的就是解决这些困惑。

变频器对电机造成的损坏包括两个方面：定子绕组损坏和轴承损坏，如图1所示。这种损坏通常发生在几周到十个月内，具体时间取决于与变频器的品牌、电机的品牌、电机的功率、变频器的载波频率、变频器与电机之间的电缆长度、环境温度等诸多因素有关。

电机的早期意外损坏给公司生产带来巨大的经济损失。这个损失不仅是电机维修和更换的费用，更重要的是意外停产造成的经济损失。因此，在使用变频器驱动电机时，必须对电机损坏问题给予足够的重视。

变频器造成电机损坏

变频器驱动与工频驱动的区别

要了解工频电机在变频器驱动时更容易损坏的机理，首先要了解变频器驱动电机的电压与工频电压之间的差异。然后了解这种差异如何对电机产生不利影响。

变频器的基本结构如图2所示，包括整流电路和逆变电路。整流电路是由普通二极管和滤波电容组成的直流电压输出电路，逆变电路将直流电压转换成脉宽调制电压波形（PWM电压）。因此，逆变器驱动电机的电压波形是脉宽变化的脉冲波形，而不是正弦波电压波形。用脉冲电压驱动电机是电机容易损坏的根本原因。

当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，则会在负载端发生反射。反射的结果是入射波和反射波叠加，形成较高的电压。其幅值最高可达直流母线电压的2倍，约为变频器输入电压的3倍，如图3所示。过大的峰值电压施加在电机定子线圈上，对电机定子造成电压冲击。线圈。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电压尖峰冲击后，其实际寿命与温度、污染、振动、电压、载波频率、线圈绝缘技术等多种因素有关。

变频器的载波频率越高，输出电流波形越接近正弦波，从而降低电机的运行温度，从而延长绝缘的寿命。然而，较高的载波频率意味着每秒出现的电压尖峰数量较多，对电机的冲击次数也较多。图4 显示了绝缘寿命随电缆长度和载波频率的变化。从图中可以看出，对于200英尺长的电缆，当载波频率从3kHz增加到12kHz（变化4倍）时，绝缘体的寿命从大约80,000小时减少到20,000小时（变化了4倍）。变化4次）。

载波频率对绝缘的影响

电机温度越高，绝缘寿命越短。如图5所示，当温度升至75时，电机的寿命仅为50%。对于逆变器驱动的电机，由于PWM电压含有较多高频成分，电机温度会比工频电压驱动时高很多。

变频器损坏电机轴承的原因是轴承中有电流流过，而且这个电流处于断断续续的状态。断续接通的电路会产生电弧，电弧会烧坏轴承。

交流电机轴承中流过电流的主要原因有两个。一是内部电磁场不平衡引起的感应电压。其次，高频电流路径中的杂散电容造成。

理想交流感应电机内部的磁场是对称的。当三相绕组中电流相等且相位差为120时，电机轴上不会感应出电压。当变频器输出的PWM电压使电机内部磁场不对称时，轴上就会感应出电压。电压幅值10~30V，与驱动电压有关。驱动电压越高，轴上的电压越高。高的。

当该电压值超过轴承中润滑油的介电强度时，就会形成电流路径。在轴旋转过程中的某个时刻，润滑油的绝缘层会阻塞电流。这个过程类似于机械开关的通断过程。在此过程中，会产生电弧，电弧会烧蚀轴、球和碗的表面，形成凹坑。

如果没有外部振动，小凹坑不会产生过大的影响，但如果有外部振动，就会产生凹槽，对电机的运行有很大影响。

另外，实验表明，轴上的电压还与逆变器输出电压的基波频率有关。基频越低，轴上的电压越高，轴承损坏越严重。

电机运行初期，润滑油温度较低时，电流幅值为5-200mA。如此小的电流不会对轴承造成任何损坏。但电机运行一段时间后，随着润滑油温度升高，峰值电流将达到5-10A，会引起闪络，在轴承部件表面形成小凹坑。

电机定子绕组的保护

当电缆长度超过30米时，现代变频器将不可避免地在电机端产生峰值电压，缩短电机的寿命。有两种方法可以防止电机损坏。一是采用绕组绝缘电阻较高的电机（一般称为变频电机），二是采取措施降低峰值电压。前一种措施适用于新建项目，后一种措施适用于现有电机改造。

目前常用的电机保护方法有四种：

1）在变频器输出端加装电抗器：这种措施是最常用的，但需要注意的是，这种方法对较短的电缆（小于30米）有一定的效果，但有时效果并不好理想情况下，如图6(c))所示。

2）在变频器输出端安装dv/dt滤波器：该措施适用于电缆长度小于300米的情况。价格比反应器略高，但效果明显提高，如图6(d)所示。

3）在变频器输出端加装正弦波滤波器：这种措施比较理想。因为这里将PWM脉冲电压变成了正弦波电压，使电机在与工频电压相同的条件下工作，彻底解决了峰值电压的问题（无论电缆有多长，都会有没有峰值电压）。

4）在电缆与电机的接口处加装峰值电压吸收器：前面措施的缺点是当电机功率较大时，电抗器或滤波器的体积、重量和价格较大。另外，电抗器无论是逆变器还是滤波器都会造成一定的电压降，影响电机的输出扭矩。这些缺点可以通过使用变频器峰值电压吸收器来克服。

航天科工二院706所研制的SVA峰值电压吸收器采用先进的电力电子技术和智能控制技术，是解决电机损坏的理想装置。此外，SVA 尖峰吸收器还可保护电机轴承。

峰值电压吸收器是一种新型电机保护装置，如图7（航天科工公司SVA型号）所示。并联电机的电源输入。

SVA峰值电压吸收器原理框图如图8所示，其工作过程如下：

1）峰值电压检测电路实时检测电机电源线上的电压幅值；

2）当检测到的电压幅值超过设定阈值时，控制峰值能量缓冲电路吸收峰值电压的能量；

3）当峰值电压的能量充满峰值能量缓冲器时，峰值能量吸收控制阀打开，使缓冲器中的峰值能量向峰值能量吸收器放电，将电能转化为热能；

4) 温度监测器监测峰值能量吸收器的温度。当温度过高时，适当关闭峰值能量吸收控制阀，减少能量吸收（在保证保护电机的前提下），避免峰值电压吸收器过热。损害；

5）轴承电流吸收电路的作用是吸收轴承电流，保护电机轴承。

与前面提到的du/dt滤波器、正弦波滤波器等电机保护方法相比，峰值吸收器的最大优点是体积小、价格低、易于安装（并联安装）。

特别是在大功率场合，消峰器在价格、体积、重量等方面具有突出的优势。另外，由于是并联安装，不会有压降，但du/dt滤波器和正弦波滤波器上会有一定的压降。正弦波滤波器的压降接近10%，会导致电机的扭矩下降。减少。