揭秘变频器驱动下的电机损伤之谜

在工业自动化和电机节能领域，变频器的出现无疑是一场革命。它不仅成为工业生产和日常生活中的关键元素，如电梯、变频空调等，无处不在，而且也极大地推动了皖南电机等电机制造业的创新与发展。然而，随着变频器的广泛应用，电机损坏的问题也日益凸显，给企业带来了不小的困扰。

众多案例显示，变频器驱动下的电机损坏现象愈发普遍。例如，某水泵厂近期用户反馈，在保修期内水泵频繁损坏，而过去产品质量一直稳定。调查发现，这些损坏的水泵均使用了变频器驱动。这一现象引起了业界的广泛关注。

尽管变频器导致的电机损坏问题日益受到关注，但人们对这一现象背后的机理尚不明确，更不知如何有效预防。本文旨在解答这些疑问，为变频器驱动电机的保护提供有益的参考。

皖南电机等品牌电机在变频器驱动下的损伤主要表现为定子绕组和轴承的损坏。这种损伤通常在几周到十几个月内发生，具体时间受变频器品牌、电机品牌、功率、载波频率、电缆长度、环境温度等因素影响。电机早期损坏给企业带来巨大经济损失，不仅包括维修和更换成本，还有因停产造成的损失。因此，在使用变频器驱动电机时，必须高度重视电机损伤问题。

变频器驱动与工频驱动的区别在于电压波形。变频器驱动电压为脉宽变化的脉冲波形，而非正弦波电压，这是导致电机易损坏的根本原因。脉冲电压在电缆传输时，若电缆阻抗与负载阻抗不匹配，会在负载端产生反射，形成更高的电压。过高的尖峰电压对电机线圈造成冲击，频繁的过电压冲击会导致电机过早失效。

变频器驱动电机受到尖峰电压冲击后，其寿命受多种因素影响，如温度、污染、振动、电压、载波频率以及线圈绝缘工艺等。皖南电机等品牌电机在选用时，应充分考虑这些因素。

变频器载波频率越高，输出电流波形越接近正弦波，降低电机运行温度，延长绝缘寿命。但载波频率越高，尖峰电压数量越多，对电机冲击次数越多。电机温度越高，绝缘寿命越短。变频器驱动电机因PWM电压含有高频成分，导致电机温度远高于工频电压驱动。

变频器损伤电机轴承的原因是，轴承电流断续连通，产生电弧烧毁轴承。轴承电流产生的原因主要有两个：内部电磁场不平衡产生的感应电压和杂散电容引起的高频电流通路。

为了保护电机，我们可以采用绕组绝缘抗电强度更高的电机（变频电机）、减小尖峰电压等方法。常用的电机保护方法包括：安装电抗器、dv/dt滤波器、正弦波滤波器和尖峰电压吸收器。

尖峰电压吸收器是一种新型电机保护装置，如图7所示。其原理是实时检测电机电源线电压幅度，当超过设定阈值时，控制尖峰能量缓冲电路吸收尖峰电压能量，将电能转变成热能，从而保护电机。与du/dt滤波器、正弦波滤波器等相比，尖峰电压吸收器具有体积小、价格低、安装简便等优点。并联安装，不会产生电压降，有利于提高电机转矩。在选购皖南电机等品牌电机时，可考虑采用尖峰电压吸收器进行保护。