工頻電機被變頻使用的危害

       Ms.參的朋友小Z是一個企業的老總，聽他講了一件事，他們企業供出的一個規格電機產品近幾年頻頻發生匝間和過載故障問題，頭疼的是相同的方案、相同的工藝為何突然的問題變多了？朋友小Z的市場服務人員最終發現，故障電機幾乎全部被變頻使用，而他們的電機當時是針對該客戶的工頻設備設計。帶著該問題，我們今天就簡單談談工頻電機變頻使用的問題。

 普通異步電動機都是按恒頻率、恒電壓運行方案設計的，額定工作點附近比較窄的區域內能夠按設計預期高效運行，一般不宜用于寬范圍變頻調速。有些客戶基于成本的考慮，直接拿普通異步電動機當變頻電機用，導致電機故障頻發或使用壽命縮短。實際上，不少的電機企業設計開發了寬頻電機，專門用于寬范圍變頻調速場合。那么，話題回到“普通異步電動機當變頻電機用”這一命題，究竟這種簡單粗暴的應用有怎樣的潛在危害?有無升級到寬頻電機的必要？今天我們從理論分析入手，理清故障頻發的內在機理，簡要說明問題。
       效率降  溫升增
       所有的變頻器在運行中都會產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。變頻器的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅耗。這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機在變頻器條件下使用，最為直接的是溫升的增加，特別是對于IP２３系列電機影響更為嚴重。

 低速時冷卻效果變差
       當電源頻率較低時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動機轉速降低時，冷卻風量減小明顯，使電動機冷卻狀況變壞，直接結果是溫升急劇增加，也難以實現恒轉矩輸出。
       絕緣強度無法滿足
       變頻器的載波頻率非常高（約為幾千到十幾千赫），會使電機定子繞組承受很高的電壓，使電機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗，并對電動機對地絕緣構成威脅，最終的結果是電機因匝間 、相間和對地故障，嚴重時表現為繞組過載。因相間絕緣和對地絕緣的設計裕度都相對較大，電機更多的表現為匝間和過載，但對于自動嵌線機加工的不加相間塊的定子，相對故障也會相對較多。

       導致電磁噪音和振動問題
       普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的振動和噪聲問題更加復雜。變頻電源中各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，會出現嚴重的電磁高頻噪聲并伴有一定程度的振動。

       結構疲勞和絕緣老化
       采用變頻器供電，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創造了條件，但電動機的機械系統和電磁系統處于循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。  

       高性能變頻器的應用給電機行業帶來革命性變革，大多數電機試驗設備用靜止可調變頻電源取代了調壓器和變頻機組。但終端客戶大多工頻供電，必然帶來一個不容忽視的隱患：靜止可調變頻電源供電時電機能夠正常運轉，工頻供電可能無法正常起動。Ms.參的朋友小C就有這樣的遭遇：一臺多速電機，靜止可調變頻電源試驗（變頻起動）時一切正常，客戶工頻供電在某一個轉速下無法起動。因此，模擬實際工況電源試驗合格的變頻電機應用到傳統工頻供電場合同樣可能存在致命缺陷。