?變(bian)(bian)頻器的(de)出現為工(gong)業(ye)自動化控制、電機節能帶來(lai)了(le)革(ge)新。工(gong)業(ye)生產中(zhong)幾(ji)乎(hu)離不開變(bian)(bian)頻器，即使(shi)在日常生活中(zhong)，電梯、變(bian)(bian)頻空調也(ye)(ye)成(cheng)為不可(ke)缺少的(de)部分(fen)，變(bian)(bian)頻器已經開始滲(shen)入到生產、生活的(de)各個角落(luo)。然而(er)，變(bian)(bian)頻器也(ye)(ye)帶來(lai)了(le)許多前所未有的(de)困擾，其中(zhong)損(sun)傷電機就是最典型的(de)現象(xiang)之一。?

　　很多(duo)人(ren)已經發(fa)現了變頻(pin)器(qi)對電機損(sun)(sun)傷的(de)現象(xiang)。例如，某水(shui)泵(beng)廠，近兩年來，他(ta)的(de)用戶頻(pin)繁報告水(shui)泵(beng)在(zai)保修(xiu)期內發(fa)生損(sun)(sun)壞的(de)現象(xiang)。而(er)過(guo)去(qu)，這個水(shui)泵(beng)廠的(de)產品質量十分可靠。經過(guo)調查(cha)，發(fa)現這些損(sun)(sun)壞的(de)水(shui)泵(beng)都是用變頻(pin)器(qi)驅動的(de)。?

　　盡管變頻器損傷電(dian)機(ji)的(de)現(xian)象越來越被人們所關注，但是人們對造成(cheng)這種(zhong)現(xian)象的(de)機(ji)理還不(bu)清楚，更不(bu)知道如(ru)何來預(yu)防。本文的(de)目的(de)是解決(jue)這些困惑(huo)。?

　　變頻器對電機的損傷?

　　變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)對電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)傷(shang)(shang)包括兩個方(fang)面，定子繞(rao)組的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)傷(shang)(shang)和軸承(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)傷(shang)(shang)，如圖(tu)1所示。這種損(sun)傷(shang)(shang)一(yi)般發生(sheng)在幾周至(zhi)十幾個月內，具(ju)體時(shi)間與(yu)變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)品牌(pai)、電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)品牌(pai)、電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率、變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)載波頻(pin)率、變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)與(yu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)纜長(chang)度、環境溫度等諸多(duo)因素有關。電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)早期意外損(sun)壞給企業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)帶(dai)(dai)來(lai)巨大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)濟損(sun)失。這種損(sun)失不(bu)僅是電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)維修和更換帶(dai)(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)費用，更主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是意外停產(chan)帶(dai)(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)濟損(sun)失。因此(ci)，在使用變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)驅(qu)動電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)時(shi)，必(bi)須對電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)損(sun)傷(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題有足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重視。?

　　圖1?變(bian)頻器對電機的損傷(shang)?

　　變頻器驅動與工頻驅動的區別?

　　要了(le)解工頻(pin)電機(ji)在變頻(pin)器驅動條件(jian)下更容易(yi)損壞的機(ji)理，首(shou)先(xian)了(le)解變頻(pin)器驅動電機(ji)的電壓(ya)與工頻(pin)電壓(ya)有什么區別。然后(hou)再了(le)解這(zhe)種差(cha)別是如何對電機(ji)產生不良影響的。?

　　變(bian)頻器(qi)的基本構(gou)造(zao)如(ru)圖2所示，包括整流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路與(yu)逆變(bian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路兩部分。整流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路為普通二(er)極(ji)管與(yu)濾波(bo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容構(gou)成(cheng)的直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路，逆變(bian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路將直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)變(bian)換成(cheng)脈(mo)寬(kuan)調制的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形（PWM電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)）。因此，變(bian)頻器(qi)驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形是(shi)脈(mo)寬(kuan)變(bian)化的脈(mo)沖波(bo)形，而不是(shi)正弦波(bo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形。用脈(mo)沖電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)驅動(dong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)就是(shi)導致電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)容易(yi)損壞的根本原因。?

? ? 變頻器損傷電機定子繞組的機理?

　　脈沖(chong)電(dian)壓(ya)在電(dian)纜(lan)上傳輸(shu)時(shi)，如(ru)果電(dian)纜(lan)的(de)(de)(de)阻(zu)(zu)抗與負(fu)載的(de)(de)(de)阻(zu)(zu)抗不匹配，在負(fu)載端會產生反(fan)射(she)(she)。反(fan)射(she)(she)的(de)(de)(de)結果是，入(ru)射(she)(she)波(bo)與反(fan)射(she)(she)波(bo)疊加(jia)，形成(cheng)更高(gao)(gao)的(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)，它的(de)(de)(de)幅(fu)度最大(da)可以達到直流(liu)母(mu)線電(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)2倍(bei)，大(da)約(yue)相當于變頻器(qi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)3倍(bei)，如(ru)圖3所(suo)示。過(guo)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)尖峰(feng)電(dian)壓(ya)加(jia)在電(dian)機(ji)定子的(de)(de)(de)線圈上，對線圈造成(cheng)電(dian)壓(ya)沖(chong)擊，頻繁(fan)的(de)(de)(de)過(guo)電(dian)壓(ya)沖(chong)擊會導致電(dian)機(ji)過(guo)早失效。

??

　　變頻(pin)器驅動(dong)的電機受到尖峰電壓的沖擊后，它的實(shi)際壽命與很(hen)多因素(su)，包括，溫度、污染、振(zhen)動(dong)、電壓、載(zai)波頻(pin)率以及線圈絕緣的工藝等因素(su)有關。?

　　變(bian)頻(pin)器的(de)載波頻(pin)率越高，輸出電(dian)流波形越接近正弦波，這會(hui)降低電(dian)機的(de)運行溫度，從(cong)(cong)而延長(chang)(chang)絕(jue)(jue)緣的(de)壽命。但是(shi)，更(geng)高的(de)載波頻(pin)率意味(wei)著(zhu)每秒鐘(zhong)產生(sheng)的(de)尖峰電(dian)壓(ya)數(shu)量(liang)更(geng)多，對(dui)電(dian)機的(de)沖擊的(de)次數(shu)更(geng)多。圖4給出了絕(jue)(jue)緣壽命隨著(zhu)電(dian)纜(lan)長(chang)(chang)度與載波頻(pin)率的(de)變(bian)化。從(cong)(cong)圖中可知(zhi)，對(dui)于200英尺長(chang)(chang)的(de)電(dian)纜(lan)，當載波頻(pin)率從(cong)(cong)3kHz提高到(dao)12kHz（變(bian)化4倍(bei)）時(shi)，絕(jue)(jue)緣的(de)壽命從(cong)(cong)大約8萬(wan)小時(shi)降低到(dao)2萬(wan)小時(shi)（相差4倍(bei)）。?

　　圖4??載(zai)波頻率(lv)對絕緣(yuan)的(de)影(ying)響?

　　電(dian)(dian)機(ji)的(de)溫(wen)度越高(gao)，絕(jue)緣的(de)壽(shou)命(ming)(ming)越短，如(ru)圖(tu)5所示，當溫(wen)度升高(gao)到75℃時，電(dian)(dian)機(ji)的(de)壽(shou)命(ming)(ming)只有50%。變頻器驅(qu)動(dong)的(de)電(dian)(dian)機(ji)，由(you)于PWM電(dian)(dian)壓包含較多的(de)高(gao)頻成份，電(dian)(dian)機(ji)溫(wen)度會(hui)遠高(gao)于工頻電(dian)(dian)壓驅(qu)動(dong)的(de)情況。?

? ? 變頻器損傷電機軸承的機理?

　　變(bian)頻器損傷電(dian)機軸承的(de)原(yuan)因是，有(you)流(liu)過(guo)軸承的(de)電(dian)流(liu)，并且這(zhe)種電(dian)流(liu)處于斷續(xu)連(lian)通(tong)的(de)狀態，斷續(xu)連(lian)通(tong)的(de)電(dian)路會(hui)產生電(dian)弧，電(dian)弧燒毀了軸承。?

　　導致交流電(dian)(dian)機的軸承中流過電(dian)(dian)流的原(yuan)因主要有兩個，第一，內部(bu)電(dian)(dian)磁場不(bu)平(ping)衡產(chan)生的感應(ying)電(dian)(dian)壓，第二(er)，雜散電(dian)(dian)容(rong)引起的高頻電(dian)(dian)流通路。?

　　理(li)想交流感(gan)應電(dian)(dian)(dian)機內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁場(chang)是對稱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，當(dang)三相(xiang)繞組的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流相(xiang)等，并(bing)且相(xiang)位相(xiang)差120?時(shi)(shi)(shi)，不(bu)(bu)會(hui)在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)軸(zhou)(zhou)桿(gan)上感(gan)應出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。變頻器輸(shu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PWM電(dian)(dian)(dian)壓(ya)導致(zhi)電(dian)(dian)(dian)機內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁場(chang)不(bu)(bu)對稱時(shi)(shi)(shi)，就(jiu)會(hui)在(zai)(zai)(zai)軸(zhou)(zhou)桿(gan)上感(gan)應出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)，電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幅(fu)度(du)在(zai)(zai)(zai)10~30V，這(zhe)(zhe)與驅動電(dian)(dian)(dian)壓(ya)有(you)關(guan)，驅動電(dian)(dian)(dian)壓(ya)越高(gao)，軸(zhou)(zhou)桿(gan)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)越高(gao)。當(dang)這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)值超過(guo)軸(zhou)(zhou)承(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)潤滑油(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)絕緣強度(du)時(shi)(shi)(shi)，就(jiu)會(hui)形成(cheng)一個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)流通(tong)路。軸(zhou)(zhou)桿(gan)旋轉過(guo)程中(zhong)，在(zai)(zai)(zai)某個(ge)(ge)時(shi)(shi)(shi)刻(ke)，潤滑油(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)絕緣又阻斷(duan)了電(dian)(dian)(dian)流。這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)過(guo)程類(lei)似于機械(xie)式開關(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)通(tong)斷(duan)過(guo)程，這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)過(guo)程中(zhong)會(hui)產生電(dian)(dian)(dian)弧，燒蝕軸(zhou)(zhou)桿(gan)、滾珠、軸(zhou)(zhou)碗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)，形成(cheng)凹(ao)坑。如果(guo)沒有(you)外部(bu)振動，小凹(ao)坑不(bu)(bu)會(hui)產生過(guo)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，但是如果(guo)有(you)外部(bu)振動時(shi)(shi)(shi)，會(hui)產生凹(ao)槽，這(zhe)(zhe)對電(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)運轉影響(xiang)很(hen)大(da)。?

　　另外，實驗表明，軸(zhou)桿(gan)上的(de)(de)電(dian)壓還與(yu)變頻(pin)器輸出(chu)電(dian)壓的(de)(de)基(ji)(ji)波頻(pin)率(lv)有關(guan)，基(ji)(ji)波頻(pin)率(lv)越(yue)(yue)低，軸(zhou)桿(gan)上的(de)(de)電(dian)壓越(yue)(yue)高(gao)，軸(zhou)承損傷越(yue)(yue)嚴(yan)重(zhong)。?

　　在(zai)(zai)馬達工作的初期，潤滑油溫(wen)度較低的時候，電(dian)流幅(fu)度在(zai)(zai)5-200mA，這么小的電(dian)流不會(hui)對軸(zhou)承(cheng)產生任何損壞。但是，當馬達運(yun)行一段時間后，隨(sui)著潤滑油溫(wen)度升高，峰(feng)值電(dian)流會(hui)達到5-10A，這會(hui)產生飛弧，在(zai)(zai)軸(zhou)承(cheng)部件(jian)的表面(mian)形成(cheng)小坑。?

? ? 電機定子繞組的保護?

　　當電(dian)(dian)(dian)纜的(de)(de)長度超過30米(mi)時，現代變頻器(qi)必然(ran)會在電(dian)(dian)(dian)機端產生(sheng)尖峰電(dian)(dian)(dian)壓，縮(suo)短電(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)壽(shou)命。防止電(dian)(dian)(dian)機出(chu)現損傷(shang)，有兩(liang)個(ge)思路，一個(ge)是(shi)采用繞組絕緣(yuan)抗電(dian)(dian)(dian)強(qiang)度更高的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機（一般稱為變頻電(dian)(dian)(dian)機），另(ling)一個(ge)是(shi)采取措(cuo)施(shi)減小尖峰電(dian)(dian)(dian)壓。前一種(zhong)措(cuo)施(shi)適合(he)于(yu)新建的(de)(de)項目，后一種(zhong)措(cuo)施(shi)適合(he)于(yu)對(dui)已有的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)機進行改造。?

　　目前常用的電機保護方法有以下4個：?

1. 在變頻器的輸出端安裝電抗器：這個措施最常用，但是需要注意的是，這個方法對于較短的電纜（30米以下）有一定效果，但是有時效果不夠理想，如圖6(c)所示。??
2. 在變頻器的輸出端安裝dv/dt濾波器：這個措施適用于電纜長度小于300米的場合，價格略高于電抗器，但是效果有了明顯的改善，如圖6(d)所示。??
3. 在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個措施是最理想的。因為在這里，將PWM脈沖電壓變成了正弦波電壓，是電機工作在與工頻電壓相同的條件下，尖峰電壓的問題得到了徹底的解決（電纜再長，也不會出現尖峰電壓了）。??
4.?在電(dian)(dian)纜與電(dian)(dian)機(ji)接口的(de)位(wei)置安(an)裝尖峰電(dian)(dian)壓(ya)吸(xi)收(shou)器(qi)(qi)：前(qian)面幾個措施的(de)缺(que)點(dian)是當電(dian)(dian)機(ji)的(de)功率較大時，電(dian)(dian)抗器(qi)(qi)或濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)的(de)體積、重量很大，價格較高，另(ling)外，電(dian)(dian)抗器(qi)(qi)和濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)都(dou)會導致(zhi)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)，影響電(dian)(dian)機(ji)的(de)輸出力矩(ju)，采用變頻器(qi)(qi)尖峰電(dian)(dian)壓(ya)吸(xi)收(shou)器(qi)(qi)能夠克服這些(xie)缺(que)點(dian)。