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变频器为什么会损伤电机的绕组绝缘?

日期:2019-9-19 9:40:58  人气指数:146
这是因为变频器驱动电机的电压不是正弦波电压,而是PWM电压。当将PWM电压施加到电机上时,会在电机的绕组上产生尖峰电压,尖峰电压的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍,如图1所示。过高的尖峰电压加在电机定子的线圈上,对线圈造成电压冲击,频繁的尖峰电压冲击会导致电机过早失效,如图2所示。

图1 变频器在电机端产生的尖峰电压

图1 变频器损伤的电机定子绕组

PWM电压在电机端产生尖峰电压的机理可以用传输线的理论进行解释。传输线是用来传输信号的一对导体,人们对其进行了深入的研究。传输线的理论表明,当传输线的阻抗与负载的阻抗不同(称为阻抗失配)时,所传输的电压会在负载端发生反射,反射的大小取决于传输线阻抗与负载阻抗失配程度的大小,失配越严重,反射越强。

入射波与反射波叠加产生过冲电压是有条件的。根据传输线的理论,当信号在传输线上的传输时间大于脉冲的上升沿时间的一半时,就会尖峰电压现象,如图3所示。信号在传输线的传输时间与传输线的种类有关,大约为空气中传播时间的1/2,也就是150m/s。

图3 尖峰电压产生的条件

从图3可知,当电缆的长度一定时(对应传输时间tp一定),随着脉冲上升沿时间缩短,尖峰电压的幅度随之增加。如果脉冲的上升沿一定,则电缆越长,越容易产生尖峰电压。根据尖峰电压产生的机理,避免尖峰电压损伤电机的技术措施有三种:

第一:将PWM电压波形滤波成正弦波电压波形,这样就彻底消除了PWM电压波形产生尖峰电压的因素。实现这种目的的设备是SWF电机卫士,也叫做正弦波滤波器。这种方法从理论上讲,是最好的方法,但是,这种方法成本较高,SWF的体积较大;

第二:延长PWM电压波形的脉冲上升沿时间,实现这种目的的设备是DVF电机卫士,这种设备的功能是延长PWM脉冲电压波形的上升沿时间。这种方法仅适用于变频器与电机之间的电缆长度小于300米的场合;

第三:在电机端消除产生的尖峰电压,使电压低于特定的数值(例如800V)。实现这个目的的设备是SVA尖峰电压吸收器。尖峰电压吸收器是航天科工集团二院706所开发的一种新型的电机保护装置,它采用了最先进的电力电子技术,具有成本低、体积小,使用方便的特点。

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