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變頻空壓機的變頻器靠?jì)炔縄GBT的開(kāi)斷來(lái)調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達到節能、調速的目的。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻空壓機逐漸成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，變頻器也得到了非常廣泛的應用。但是，變頻器大量應用隨之帶來(lái)的危害我們也不能忽視。對電機領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，變頻器在一定程度上，對電機的正常使用可能會(huì )帶來(lái)?yè)p傷，影響正常的工況運行。
變頻器的廣泛應用
把變頻器應用的行業(yè)分成兩個(gè)集群：項目型和OEM型。從市場(chǎng)的規�？�，項目和OEM接近持平，但是其應用的變頻器還是有很大不同的。項目市場(chǎng)可以劃分為兩塊，一為常規的風(fēng)機泵類(lèi)市場(chǎng)，各個(gè)工業(yè)的公用工程都歸屬到這一塊。另外，就是較為特殊的傳動(dòng)應用，譬如鋼鐵中的軋制環(huán)節等，其要求是高于常規的風(fēng)機泵要求的，是較為高端的一塊。項目市場(chǎng)在經(jīng)濟危機中受到的影響相對較小。國家推行投資計劃后，受益會(huì )較多，預計會(huì )較快恢復。OEM主要指機械類(lèi)市場(chǎng)。這部分市場(chǎng)受到經(jīng)濟形勢的影響較大，增長(cháng)緩慢。并且在短期內恢復困難。
高壓變頻器主要針對項目型市場(chǎng)，應用廣泛，在各行各業(yè)均有涉及。根據相關(guān)資料顯示，中低壓變頻器在項目型市場(chǎng)和OEM市場(chǎng)上均有應用，項目型市場(chǎng)變頻器市場(chǎng)規模占變頻器市場(chǎng)的48.2%，其中化工、冶金業(yè)績(jì)更為突出，占項目型市場(chǎng)變頻器的32.3%，占變頻器整體市場(chǎng)的15.6%。OEM市場(chǎng)變頻器市場(chǎng)規模占低壓變頻器市場(chǎng)的51.8%，其中紡織機械、電梯、起重業(yè)績(jì)更為突出，占OEM市場(chǎng)變頻器的52.7%，占低壓變頻器整體市場(chǎng)的27.3%。
變頻器節能改造效果明顯，但是變頻器的諧波污染問(wèn)題已經(jīng)成為目前較為嚴重的問(wèn)題。不同企業(yè)在變頻器的應用過(guò)程中遇到的問(wèn)題不一樣，總結來(lái)看，諧波主要會(huì )對以下設備造成危害，需安裝電抗器等濾波裝置來(lái)解決諧波問(wèn)題，也為銅應用帶來(lái)了機會(huì )。
a) 變壓器：電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線(xiàn)間電容之間的共振，及引起鐵心磁通飽和或歪斜，而產(chǎn)生噪聲。
b) 電動(dòng)機：輸出諧波對電動(dòng)機的影響主要有，引起電動(dòng)機附加發(fā)熱，導致電動(dòng)機的額外溫升，電動(dòng)機往往要降額使用，由于輸出波形失真，增加電動(dòng)機的重復峰值電壓，影響電動(dòng)機的絕緣，諧波還會(huì )引起電動(dòng)機轉矩脈動(dòng)，以及噪聲增加。
c) 電力電容器組：一般電容器的標準規范，規定其更大電流只允許35%的超載，但實(shí)際運轉時(shí)，由于諧波的影響，以致常發(fā)生嚴重過(guò)載。由于電容器之阻抗，隨頻率的增加而減少，故諧波產(chǎn)生時(shí)，電容器即成為一陷流點(diǎn)，流入大量電流，因而導致過(guò)熱、增加介電質(zhì)的應力，甚至損壞電力電容器。當電容器與線(xiàn)路阻抗達到共振條件時(shí)，會(huì )發(fā)生振動(dòng)短路、過(guò)電流及產(chǎn)生噪聲。
d) 開(kāi)關(guān)設備：由于諧波電流的存在，開(kāi)關(guān)設備在起動(dòng)瞬間產(chǎn)生很高di/dt的電流變化率，致使增加暫態(tài)恢復電壓的峰值，以致破壞絕緣。
e) 保護電器：電流中含有諧波，必產(chǎn)生額外的轉矩，改變電器的動(dòng)作特性，以致引起誤動(dòng)作。
f) 計量?jì)x表：電能表等計量?jì)x表，因諧波而會(huì )造成感應轉盤(pán)產(chǎn)生額外的電磁轉矩，引起誤差，降低精確度。
g) 電力電子設備：在多種場(chǎng)合，電子設備常會(huì )產(chǎn)生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動(dòng)作。
其它還有如照明設備、通信設備、電腦設備、載頻遙控設備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命。
變頻器對電機的影響案例
國外某客戶(hù)向某電機廠(chǎng)反映電機出現問(wèn)題：
1.電機定子有兩相對地;
2.定轉子擦心，轉子外圓損壞;
3.軸承室測量超差，軸承室損壞。
經(jīng)過(guò)電機生產(chǎn)企業(yè)調查：
(1)定子兩相對地，定子燒毀。
從客戶(hù)提供的照片看，定轉子有明顯的的摩擦痕跡;定子出線(xiàn)根部嚴重發(fā)黑且有部分銅線(xiàn)裸露。得出初步結論：定轉子擦心導致的定子兩相繞組燒毀。燒毀瞬間產(chǎn)生的大電流大熱量導致定子出線(xiàn)受損嚴重。
(2)軸承損壞及轉子掃膛分析。
由于前端軸承損壞，勢必在前端軸承處形成一個(gè)低點(diǎn)，造成轉子前低后高的形式，同時(shí)由于后端軸承沒(méi)有損壞，使前端軸承的低點(diǎn)成為了一個(gè)支點(diǎn)(這也可以解釋軸承內套的黑色燒蝕痕跡)，后端軸承在不平衡的支點(diǎn)運動(dòng)，導致軸承外套與軸承腔室摩擦。摩擦導致軸承室破壞后，形成了放大的圓錐軌跡的轉子轉動(dòng)過(guò)程，轉子與定子接觸導致燒毀。
客戶(hù)提供的軸承照片可明顯看出軸承保持架間隙已經(jīng)發(fā)生變化，說(shuō)明軸承滾動(dòng)體已經(jīng)嚴重損壞，軸承內圈明顯發(fā)黑，說(shuō)明軸承并非因外套間隙而導致的軸承損壞。
分析如下：
(1)軸承因變頻諧波電流過(guò)大，導致軸電流過(guò)大從而使軸承電蝕，造成軸承滑動(dòng)運行，拖動(dòng)軸承外套進(jìn)行摩擦運動(dòng)，導致軸承室變形。所以?xún)忍椎臒g程度嚴重于外套。
(2)電機承受了超出深溝球軸承所能夠接受的徑向重載荷，致使軸承外套發(fā)生拖動(dòng)位移，從而造成軸承損傷。
鑒定結論是：非軸承端軸承燒毀為直接原因，造成軸承保持架?chē)乐負p壞，轉子失去支撐平衡后，導致轉子與定子互相摩擦后，定子燒毀。而軸承燒毀的原因：因發(fā)生于非軸伸端，屬非載荷部位，可能是客戶(hù)保養維護、變頻使用造成電機軸電流過(guò)大所致。所以，該電機并非制造質(zhì)量問(wèn)題。
從另一個(gè)角度來(lái)解釋?zhuān)僭O是電機產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，則會(huì )出現以下幾種情況：
a)如因制造質(zhì)量原因導致軸承室超差，軸承是無(wú)法堅持運轉14個(gè)月這么長(cháng)的周期;
b)出線(xiàn)處的漏銅現象，應當為電機燒毀時(shí)瞬間的巨大電流沖擊，造成絕緣層的破損。
c)定轉子間隙在1.5mm左右，如因軸承室超差40μm的間隙是不足以導致定轉子擦心的。
變頻器的諧波影響在實(shí)際過(guò)程中可能會(huì )對電機等設備造成損傷，甚至帶來(lái)更加嚴重的影響，這是不能忽視的問(wèn)題。因此，是否進(jìn)行變頻器的節能改造應根據實(shí)際工況具體考慮，對于已經(jīng)應用的變頻器，也要考慮諧波治理問(wèn)題，需要加裝包括濾波器、電抗器等裝置，保證其他設備的正常運行。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機 空壓機修訂日期：2019-09-10
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