变频空压机非合理加装变频器对电机造成的损伤

2018-07-16 16:38:39 天津市空气压缩机有限公司 0

变频空压机的变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的。随着工业自动化程度的不断提高,变频空压机逐渐成为市场上的主流产品,变频器也得到了非常广泛的应用。但是,变频器大量应用随之带来的危害我们也不能忽视。对电机领域来说,变频器在一定程度上,对电机的正常使用可能会带来损伤,影响正常的工况运行。

变频器的广泛应用

把变频器应用的行业分成两个集群:项目型和OEM型。从市场的规模看,项目和OEM接近持平,但是其应用的变频器还是有很大不同的。项目市场可以划分为两块,一为常规的风机泵类市场,各个工业的公用工程都归属到这一块。另外,就是较为特殊的传动应用,譬如钢铁中的轧制环节等,其要求是高于常规的风机泵要求的,是较为高端的一块。项目市场在经济危机中受到的影响相对较小。国家推行投资计划后,受益会较多,预计会较快恢复。OEM主要指机械类市场。这部分市场受到经济形势的影响较大,增长缓慢。并且在短期内恢复困难。

高压变频器主要针对项目型市场,应用广泛,在各行各业均有涉及。根据相关资料显示,中低压变频器在项目型市场和OEM市场上均有应用,项目型市场变频器市场规模占变频器市场的48.2%,其中化工、冶金业绩最为突出,占项目型市场变频器的32.3%,占变频器整体市场的15.6%。OEM市场变频器市场规模占低压变频器市场的51.8%,其中纺织机械、电梯、起重业绩最为突出,占OEM市场变频器的52.7%,占低压变频器整体市场的27.3%。

变频器的谐波影响

变频器节能改造效果明显,但是变频器的谐波污染问题已经成为目前较为严重的问题。不同企业在变频器的应用过程中遇到的问题不一样,总结来看,谐波主要会对以下设备造成危害,需安装电抗器等滤波装置来解决谐波问题,也为铜应用带来了机会。

a) 变压器:电流谐波将增加铜损,电压谐波将增加铁损,综合效果是使变压器温度上升,影响其绝缘能力,并造成容量裕度减小。谐波也可能引起变压器绕组及线间电容之间的共振,及引起铁心磁通饱和或歪斜,而产生噪声。

b) 电动机:输出谐波对电动机的影响主要有,引起电动机附加发热,导致电动机的额外温升,电动机往往要降额使用,由于输出波形失真,增加电动机的重复峰值电压,影响电动机的绝缘,谐波还会引起电动机转矩脉动,以及噪声增加。

c) 电力电容器组:一般电容器的标准规范,规定其最大电流只允许35%的超载,但实际运转时,由于谐波的影响,以致常发生严重过载。由于电容器之阻抗,随频率的增加而减少,故谐波产生时,电容器即成为一陷流点,流入大量电流,因而导致过热、增加介电质的应力,甚至损坏电力电容器。当电容器与线路阻抗达到共振条件时,会发生振动短路、过电流及产生噪声。

d) 开关设备:由于谐波电流的存在,开关设备在起动瞬间产生很高di/dt的电流变化率,致使增加暂态恢复电压的峰值,以致破坏绝缘。

e) 保护电器:电流中含有谐波,必产生额外的转矩,改变电器的动作特性,以致引起误动作。

f) 计量仪表:电能表等计量仪表,因谐波而会造成感应转盘产生额外的电磁转矩,引起误差,降低精确度。

g) 电力电子设备:在多种场合,电子设备常会产生谐波的电流源,且很容易感受谐波失真而误动作。

其它还有如照明设备、通信设备、电脑设备、载频遥控设备等都容易受谐波的干扰而影响其正常的工作或减少其使用寿命。

变频器对电机的影响案例

国外某客户向某电机厂反映电机出现问题:

1.电机定子有两相对地;

2.定转子擦心,转子外圆损坏;

3.轴承室测量超差,轴承室损坏。

经过电机生产企业调查:

(1)定子两相对地,定子烧毁。

从客户提供的照片看,定转子有明显的的摩擦痕迹;定子出线根部严重发黑且有部分铜线裸露。得出初步结论:定转子擦心导致的定子两相绕组烧毁。烧毁瞬间产生的大电流大热量导致定子出线受损严重。

(2)轴承损坏及转子扫膛分析。

由于前端轴承损坏,势必在前端轴承处形成一个低点,造成转子前低后高的形式,同时由于后端轴承没有损坏,使前端轴承的低点成为了一个支点(这也可以解释轴承内套的黑色烧蚀痕迹),后端轴承在不平衡的支点运动,导致轴承外套与轴承腔室摩擦。摩擦导致轴承室破坏后,最终形成了放大的圆锥轨迹的转子转动过程,最终转子与定子接触导致烧毁。

客户提供的轴承照片可明显看出轴承保持架间隙已经发生变化,说明轴承滚动体已经严重损坏,轴承内圈明显发黑,说明轴承并非因外套间隙而导致的轴承损坏。

分析如下:

(1)轴承因变频谐波电流过大,导致轴电流过大从而使轴承电蚀,造成轴承滑动运行,拖动轴承外套进行摩擦运动,导致轴承室变形。所以内套的烧蚀程度严重于外套。

(2)电机承受了超出深沟球轴承所能够接受的径向重载荷,致使轴承外套发生拖动位移,从而造成轴承损伤。

最终鉴定结论是:非轴承端轴承烧毁为直接原因,造成轴承保持架严重损坏,转子失去支撑平衡后,导致转子与定子互相摩擦后,定子烧毁。而轴承烧毁的原因:因发生于非轴伸端,属非载荷部位,可能是客户保养维护、变频使用造成电机轴电流过大所致。所以,该电机并非制造质量问题。

从另一个角度来解释,假设是电机产品质量问题,则会出现以下几种情况:

a)如因制造质量原因导致轴承室超差,轴承是无法坚持运转14个月这么长的周期;

b)出线处的漏铜现象,应当为电机烧毁时瞬间的巨大电流冲击,造成绝缘层的破损。

c)定转子间隙在1.5mm左右,如因轴承室超差40μm的间隙是不足以导致定转子擦心的。

变频器的谐波影响在实际过程中可能会对电机等设备造成损伤,甚至带来更加严重的影响,这是不能忽视的问题。因此,是否进行变频器的节能改造应根据实际工况具体考虑,对于已经应用的变频器,也要考虑谐波治理问题,需要加装包括滤波器、电抗器等装置,保证其他设备的正常运行。


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