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变频电机绝缘损坏的原因,变频电机的特殊设计及应用

 变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式,使机械自动化程度和生产效率大为提高。设备小型化、增加舒适性,目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。变频电机试验一般需要采用变频器供电,由于变频器输出频率具有较宽的变化范围,且输出的PWM波含有丰富的谐波,传统的互感器及功率计已经不能满足试验的测量需要,应该采用变频功率分析仪及变频功率变送器等。

  变频电机绝缘损坏的原因,变频电机的特殊设计及应用

  变频电机绝缘损坏的三种原因

  1、局部放电是造成变频电机绝缘过早破坏的主要原因

  变频电源系统工作时所产生的脉冲高频电压使电机机发生电晕,引起局部放电、介质发热、导致有机高分广绝缘材料裂解,进而导致变频电机绝缘损坏。

  具体来讲,变频调速系统是由变频器、电缆和电机组成的。变频器的核心控制部件有BJT(双极晶体管)、IGBT(绝缘栅)等多种类型,其中IGBT具有驱动简单、易于保护和高速开关等优点。IGBT的高开关速度建立在快导通和快关断的基础上,最高可达30一4okHz,正常工作情况下为20kHz。变频器的输出波形是具有陡上升沿和陡下降沿(0。1一0。51AS)的脉冲波,正是由于这种脉冲电压不同于工频正弦电压,从而对变频电机绝缘的工作环境造成了一系列的影响。

  当变频器将工频正弦波转化成脉冲波以后,该列脉冲波从变频器通过电缆传到电机的接线端,由于电缆与电机之间的阻抗不匹配将产生反射波。反射波反馈又产生二次反射,二次反射波与原始脉冲电压波叠加,当叠加的脉冲电压传输到电机时,就会产生一个尖峰电压。尖峰电压的大小取决于电缆的长度和脉冲电压的上升沿时间。通常电缆长度夕加时,电线两端都产生过电压,电机端的过电压幅值随电缆长度增加而增加。

  当变倾电机的绝缘线圈中通过脉冲电流时,短上升沿时间的脉冲波引起电压在线圈中的分布不均。在模拟电动机定子绕组上进行了电压波形的测量,表明在电动机定子绕组的首端几匝上承担了约80%过电压幅值,这样绕组首匝处承受的匝间电压超过工频交流电压条件下平均匝间电压的10倍以,虽然仍远低于绝缘的击穿电压(变频导线可耐受工频电压13000V),但是已经超过了局部放电起始电压。可见局部放电是造成变频电机绝缘过早破坏的主要原因,而介质损耗发热、空间电荷、电磁激振以及振动等多种因素的存在加速了材料的老化过程。

  2、电机本身绝缘设计原因

  工频正弦电机的绝缘设计理论不能完全适用于交流变频调速电机。因此在设计交流变频电机绝缘结构时,变频电机的绝缘性能不仅要能满足传统意义上的抗热老化、抗电老化要求,还要满足耐高频脉冲、耐局部放电的要求。

  3、频繁起停影响绝缘寿命

99彩票网   当电机工作于频繁的起动、制动状态时,电机绝缘经常处于循环交变电磁应力作用中。起动、制动时间越短、越频繁,受到的冲击力越大,绝缘被击穿的机率就越高。

  变频电机绝缘损坏的原因,变频电机的特殊设计及应用

  变频电机中的特殊设计

  电磁设计

  对普通异步电动机来说,在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机(variable-frequency Motor),由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:

  (1) 尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗。

  (2)为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

  (3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

  结构设计

  在结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:

  (1)绝缘等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

  (2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。

  (3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

  (4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。

  (5)对恒功率变频电动机,当转速超过3000r/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。

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