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变频驱动采用脉宽调制(PWM)技术来控制电机的输入电压和频率。
当电源和负载之间存在阻抗不匹配时,就会产生反射。使电机端子处反射电压与入射电压叠加,出现瞬态过冲电压,这会导致电机绕组绝缘击穿造成计划外停工。
案例
某集团企业,使用的水泵是普通工频电机,由变频器控制。意外发生了电机损毁。变频器与电机间的电缆长度为20m。以下是MDA测量结果。
过冲电压有哪些危害?
过冲电压可能击穿设备的绝缘,如电动机的匝间绝缘。一次瞬态过电压的冲击可能不会立即中断设备,随着多次冲击的累积,可能使设备逐渐受损最终导致毁坏。
变频电机,机端瞬态冲击电压—电机损坏
匝间绝缘:变频电机运行安全性评估
1、由变频器供电的电动机,普遍存在过冲电压现象。机端实际瞬态电压的冲击峰值,由运行现场的变频器、电缆长度等因素决定。
2、电动机的匝间绝缘,只能承受某种程度的冲击电压。
3、若冲击电压超出电机的绝缘指标,电机将存在损毁风险。
电动机机端冲击电压的最大允许值:
标准电机:依据相关的电机标准-IEC(GB)、NEMA。
特殊电机:依据电机生产厂家的说明书、检测报告等。
过冲电压传统解决方案:电抗器、滤波器
原则:抑制过冲电压
变频器输出端,安装低通滤波器。
变频器输出端,串联电抗器。
电机端,并联RC阻抗。
案例:“串联电抗器”解决方案,
FlukeMDA实测
某无缝钢管厂:变频风机,变频器与电机间的电缆长度约10m。客户采用了“串联电抗器”解决方案,希望MDA判断其电机是否可以安全运行。
MDA现场测量结果
结论:该电机OK,没问题。
目前,“电抗器、滤波器方法”,仅建议做为特殊情形的解决方案,不建议为基本、普遍的解决方案。
虽然变频电机行业采用电抗器、滤波器方法来降低冲击电压峰值,已实施约20年,但是,该方案也存在一些负面影响:
这些附加装置方法,增大了额外的能源损耗。显然,和变频节能的初衷相抵触。
增大了变频驱动系统的成本。
附加装置也可能降低系统控制及运行的可靠性。
IEC/GB最新标准:终极解决方法
原则:过电压与绝缘配合
电机机端出现的冲击过电压、电机绕组的绝缘强度,两者配合。
1、电机厂家
IEC标准-变频专用电机产品的冲击电压绝缘性能。按4个等级(IVIC)“标准化”电机产品的冲击电压耐受能力。
2、电机用户
按现场机端的冲击电压特性,选择相应IVIC等级的电机。
案例:有损毁风险的电机,建议更换
某数据中心:冷冻水泵为变频器驱动的V、30kW普通工频电机(YEL-4)。电缆长15m,已投运3年。
OF=1.7-该环境下,普通工频定速电机有匝间绝缘损毁风险!
建议:采用变频器专用电机,冲击电压绝缘等级应为“严酷”。