變頻空壓機(jī)的變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻空壓機(jī)逐漸成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是，變頻器大量應(yīng)用隨之帶來(lái)的危害我們也不能忽視。對(duì)電機(jī)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，變頻器在一定程度上，對(duì)電機(jī)的正常使用可能會(huì)帶來(lái)?yè)p傷，影響正常的工況運(yùn)行。

變頻器的廣泛應(yīng)用

把變頻器應(yīng)用的行業(yè)分成兩個(gè)集群：項(xiàng)目型和OEM型。從市場(chǎng)的規(guī)�？�，項(xiàng)目和OEM接近持平，但是其應(yīng)用的變頻器還是有很大不同的。項(xiàng)目市場(chǎng)可以劃分為兩塊，一為常規(guī)的風(fēng)機(jī)泵類市場(chǎng)，各個(gè)工業(yè)的公用工程都?xì)w屬到這一塊。另外，就是較為特殊的傳動(dòng)應(yīng)用，譬如鋼鐵中的軋制環(huán)節(jié)等，其要求是高于常規(guī)的風(fēng)機(jī)泵要求的，是較為高端的一塊。項(xiàng)目市場(chǎng)在經(jīng)濟(jì)危機(jī)中受到的影響相對(duì)較小。國(guó)家推行投資計(jì)劃后，受益會(huì)較多，預(yù)計(jì)會(huì)較快恢復(fù)。OEM主要指機(jī)械類市場(chǎng)。這部分市場(chǎng)受到經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的影響較大，增長(zhǎng)緩慢。并且在短期內(nèi)恢復(fù)困難。

高壓變頻器主要針對(duì)項(xiàng)目型市場(chǎng)，應(yīng)用廣泛，在各行各業(yè)均有涉及。根據(jù)相關(guān)資料顯示，中低壓變頻器在項(xiàng)目型市場(chǎng)和OEM市場(chǎng)上均有應(yīng)用，項(xiàng)目型市場(chǎng)變頻器市場(chǎng)規(guī)模占變頻器市場(chǎng)的48.2%，其中化工、冶金業(yè)績(jī)更為突出，占項(xiàng)目型市場(chǎng)變頻器的32.3%，占變頻器整體市場(chǎng)的15.6%。OEM市場(chǎng)變頻器市場(chǎng)規(guī)模占低壓變頻器市場(chǎng)的51.8%，其中紡織機(jī)械、電梯、起重業(yè)績(jī)更為突出，占OEM市場(chǎng)變頻器的52.7%，占低壓變頻器整體市場(chǎng)的27.3%。

變頻器的諧波影響

變頻器節(jié)能改造效果明顯，但是變頻器的諧波污染問(wèn)題已經(jīng)成為目前較為嚴(yán)重的問(wèn)題。不同企業(yè)在變頻器的應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題不一樣，總結(jié)來(lái)看，諧波主要會(huì)對(duì)以下設(shè)備造成危害，需安裝電抗器等濾波裝置來(lái)解決諧波問(wèn)題，也為銅應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)會(huì)。

a) 變壓器：電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，及引起鐵心磁通飽和或歪斜，而產(chǎn)生噪聲。

b) 電動(dòng)機(jī)：輸出諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響主要有，引起電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的額外溫升，電動(dòng)機(jī)往往要降額使用，由于輸出波形失真，增加電動(dòng)機(jī)的重復(fù)峰值電壓，影響電動(dòng)機(jī)的絕緣，諧波還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及噪聲增加。

c) 電力電容器組：一般電容器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，規(guī)定其更大電流只允許35%的超載，但實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載。由于電容器之阻抗，隨頻率的增加而減少，故諧波產(chǎn)生時(shí)，電容器即成為一陷流點(diǎn)，流入大量電流，因而導(dǎo)致過(guò)熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力，甚至損壞電力電容器。當(dāng)電容器與線路阻抗達(dá)到共振條件時(shí)，會(huì)發(fā)生振動(dòng)短路、過(guò)電流及產(chǎn)生噪聲。

d) 開(kāi)關(guān)設(shè)備：由于諧波電流的存在，開(kāi)關(guān)設(shè)備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生很高di/dt的電流變化率，致使增加暫態(tài)恢復(fù)電壓的峰值，以致破壞絕緣。

e) 保護(hù)電器：電流中含有諧波，必產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩，改變電器的動(dòng)作特性，以致引起誤動(dòng)作。

f) 計(jì)量?jī)x表：電能表等計(jì)量?jī)x表，因諧波而會(huì)造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精確度。

g) 電力電子設(shè)備：在多種場(chǎng)合，電子設(shè)備常會(huì)產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作。

其它還有如照明設(shè)備、通信設(shè)備、電腦設(shè)備、載頻遙控設(shè)備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命。

變頻器對(duì)電機(jī)的影響案例

國(guó)外某客戶向某電機(jī)廠反映電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題：

1.電機(jī)定子有兩相對(duì)地;

2.定轉(zhuǎn)子擦心，轉(zhuǎn)子外圓損壞;

3.軸承室測(cè)量超差，軸承室損壞。

經(jīng)過(guò)電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)調(diào)查：

(1)定子兩相對(duì)地，定子燒毀。

從客戶提供的照片看，定轉(zhuǎn)子有明顯的的摩擦痕跡;定子出線根部嚴(yán)重發(fā)黑且有部分銅線裸露。得出初步結(jié)論：定轉(zhuǎn)子擦心導(dǎo)致的定子兩相繞組燒毀。燒毀瞬間產(chǎn)生的大電流大熱量導(dǎo)致定子出線受損嚴(yán)重。

(2)軸承損壞及轉(zhuǎn)子掃膛分析。

由于前端軸承損壞，勢(shì)必在前端軸承處形成一個(gè)低點(diǎn)，造成轉(zhuǎn)子前低后高的形式，同時(shí)由于后端軸承沒(méi)有損壞，使前端軸承的低點(diǎn)成為了一個(gè)支點(diǎn)(這也可以解釋軸承內(nèi)套的黑色燒蝕痕跡)，后端軸承在不平衡的支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致軸承外套與軸承腔室摩擦。摩擦導(dǎo)致軸承室破壞后，形成了放大的圓錐軌跡的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)子與定子接觸導(dǎo)致燒毀。

客戶提供的軸承照片可明顯看出軸承保持架間隙已經(jīng)發(fā)生變化，說(shuō)明軸承滾動(dòng)體已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞，軸承內(nèi)圈明顯發(fā)黑，說(shuō)明軸承并非因外套間隙而導(dǎo)致的軸承損壞。

分析如下：

(1)軸承因變頻諧波電流過(guò)大，導(dǎo)致軸電流過(guò)大從而使軸承電蝕，造成軸承滑動(dòng)運(yùn)行，拖動(dòng)軸承外套進(jìn)行摩擦運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致軸承室變形。所以內(nèi)套的燒蝕程度嚴(yán)重于外套。

(2)電機(jī)承受了超出深溝球軸承所能夠接受的徑向重載荷，致使軸承外套發(fā)生拖動(dòng)位移，從而造成軸承損傷。

鑒定結(jié)論是：非軸承端軸承燒毀為直接原因，造成軸承保持架嚴(yán)重?fù)p壞，轉(zhuǎn)子失去支撐平衡后，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子互相摩擦后，定子燒毀。而軸承燒毀的原因：因發(fā)生于非軸伸端，屬非載荷部位，可能是客戶保養(yǎng)維護(hù)、變頻使用造成電機(jī)軸電流過(guò)大所致。所以，該電機(jī)并非制造質(zhì)量問(wèn)題。

從另一個(gè)角度來(lái)解釋，假設(shè)是電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，則會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：

a)如因制造質(zhì)量原因?qū)е螺S承室超差，軸承是無(wú)法堅(jiān)持運(yùn)轉(zhuǎn)14個(gè)月這么長(zhǎng)的周期;

b)出線處的漏銅現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)為電機(jī)燒毀時(shí)瞬間的巨大電流沖擊，造成絕緣層的破損。

c)定轉(zhuǎn)子間隙在1.5mm左右，如因軸承室超差40μm的間隙是不足以導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子擦心的。

變頻器的諧波影響在實(shí)際過(guò)程中可能會(huì)對(duì)電機(jī)等設(shè)備造成損傷，甚至帶來(lái)更加嚴(yán)重的影響，這是不能忽視的問(wèn)題。因此，是否進(jìn)行變頻器的節(jié)能改造應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況具體考慮，對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用的變頻器，也要考慮諧波治理問(wèn)題，需要加裝包括濾波器、電抗器等裝置，保證其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

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作者:德耐爾@德耐爾空壓機(jī)  空壓機(jī)修訂日期：2019-09-10
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