普通低压三相异步电动机不宜变频使用探讨

《科技与企业》杂志2012年5月（下）139能源环境普通低压三相异步电动机不宜变频使用探讨佳木斯电机厂股份有限公司（黑龙江佳木斯）李百双【摘要】为了节能，用户使用变频器电源供电，而电动机仍然选用普通电机，这种配套方式会造成电机频繁烧毁。本文主要针对变频器在普通电机中使用的一些问题进行讨论，以供从事该相关研究的人员参考。【关键词】变频器；引言通用变频器的主电路形式一般由整流、逆变和滤波三部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，逆变部分为IGBT三项桥式逆变器，且输人为PWM波形。输出电压中含有除基波以外的其他谐波，较低次谐波对电动机负载影响较大，会引起转矩脉动；而较高次的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电动机出力不足。因此，变频器输出的高、低次谐波都须抑制，必须采用一些方法抑制谐波的产生，使用电抗器虽然滤掉通频带以外部分有害波形，但变频器逆变输出剩余部分脉冲尖峰电压叠加数值也较高，仍然对电机绝缘破坏性很大，造成绝缘加速老化或产生电晕放电，造成电动机过早烧毁，这样非但不能很好地发挥其优良的功能，而且还有可能损坏变频器及其设备，或造成干扰影响等等，目前许多用户选用普通电机，但采取变频调速控制使用，在发生问题时，不能理解烧毁原因，将烧毁原因全部归结到电动机制造企业，造成很大的误解，产生了很大的分歧，本文就为什么普通电机不适宜变频使用的问题做以下介绍分析。1．变频调速电动机的绝缘系统优于普通电动机绝缘结构电动机能承受的峰值电压是变频器直流母线电压（UN×1.35）×2倍，电压变化率dU/dt=3000V/μs，有个别用户甚至提出10000V/μs（这需要沟通协商其必要性），这些作用在电机绕组电缆及引入的前3匝（角接时包括后3匝），为此，使用变频器供电的电机绝缘系统要做适应性调整：①电磁线有效抵御高频电脉冲的长期冲击；②增加防电晕措施；③槽口的槽绝缘加厚，使用室温环氧双组分固化胶进行灌缝固化，增加抵御起动电流冲击的能力；通常情况下，企业标准高于国标控制，针对变频调速电动机的绝缘系统的特殊性，详细内容请参考：GB/T21707-2008《变频调速专用三相异步机电动机绝缘规范》。普通三相异步电动机绝缘规范执行GB/T22719.2-2008《交流低压电机散嵌绕组匝间绝缘第2部分：试验限值》中规定，1140V变频电机匝间绝缘冲击电压值为5510V。相对于变频调速工矿，显然普通电机难以适应，即或侥幸没有发生问题，但绝缘系统存在先天的不足。2．变频调速电动机的起动、控制和调速范围与普通电机的区别变频调速电机必须经低频起动，通常在3-5Hz，起动电流不允许超过2倍的额定电流，在起动过程中设定若干个频点连续起动，可充分利用最大转矩满足起动要求的转矩；在基频50Hz以下恒转矩工作，在基频以上恒功率工作；控制方式多数采用U/F=常数和矢量控制，对于2极电机调速范围在3-60Hz，4极及以上电机，调频范围3-100Hz；普通电机起动按照工频50Hz设计，不考虑低频起动特性，但变频控制时，完全按照变频调速电机的控制方式使用，普通电机很容易发生烧毁，而且绝大多数在起动阶段，送电后短时发生跳闸，测绕组对地绝缘为零，或相间绝缘击穿短路，或直流电阻不平衡等等，很多情况拆检看不到烧损的故障点，这是典型变频使用造成的；当能够看到明显崩烧部位时，很难分辨是变频使用原因，还是电机自身绝缘制造之初存在缺陷，但变频使用加速绝缘薄弱部位暴露故障的速度。3．普通电机变频使用其它不适宜问题3.1用变频器控制电机转速时，电机的温升会比用网电（工频）时高；在低速运转时，因普通电机风叶转速低，应注意通风冷却或适当减低负载，否则电机温升超过允许值，对于变频器驱动普通电机做恒转矩运行的场合，应尽量避免长期低速运行，否则电机散热效果变差，发热严重。如果需要以低速恒转矩长期运行，就必须选用变频电机，变频电机一般配置外挂强迫通风轴流风机或背包风机加强冷却。3.2采用变频器调速将产生噪声和振动，这是变频器输出波形中含有高次谐波分量所产生的影响。随着运转频率的变化，基波分量、高次谐波分量都会在大范围内变化，很可能引起与电动机的各个部分产生谐振。3.3在电机运行时，在轴两端或者轴与轴承之间产生的电位差叫轴电压，若轴两端电机机座等结构等构成回路，则轴电压形成了轴电流。由于变频器的使用，非零的共模电压与高转换速度电压脉冲组合成为了问题。电机内部链接没有对轴绝缘，在电机轴与机座或者接地有关的部位形成了一个直流电压并穿过轴承，形成轴电流。轴电流局部放电产生的能量会使温度升高，可以融化轴承内圈、外圈上许多微小的区域，并形成凹槽，从而产生噪声和振动，若不及时发现处理将会导致轴承失效，对生产带来极大的影响。综上问题可见普通电机在变频使用中会出现很多问题，虽然在某些个别方面能带来一