变频器对电机轴承的损伤及解决办法
永磁变频空压机电机使用频率在200HZ,是工业电标准频率50HZ的4倍,变频器驱动的电机,经过一段时间后,会出现轴承噪声加大,温度升高的现象。
检修时发现,这是由于轴承的表面受到损伤,变得凹凸不平所至。
这种现象是由于变频器驱动电机的电压是PWM电压,其会在电机中产生共模高频电流,高频电流通过杂散电容流过轴承。电流流过轴承时,引起电火花(就象接触式开关接通和断开的瞬间产生的弧光一样)的烧蚀引起的。最终使转轴和轴承烧毛或局部烧熔,伴随的是电动机噪声的加剧。
轴承损伤的严重程度与轴承电流大小成正比,变频器驱动电机的电压越高,轴承电流越严重;变频器输出电压的基波频率越低,轴承电流越严重,变频器的载波频率越高,轴承电流越严重。
另外,变频器与电机之间的电缆较长,这会在电机的电源输入端产生了尖峰电压。由于尖峰电压的幅度更高,因此,会导致更加严重的轴承电流。当电缆较长时,如果不采取尖峰电压抑制措施,会加剧轴承电流现象。
一体式的变频空压机在轴承浸泡在压缩机润滑油里,放电时高温电弧会产生燃烧的安全隐患,轴承坏损也会导致主机的坏损。
解决方案
选择合理的电机和变频器,使用交流电频率尽量贴近国际制式50HZ、60HZ,标准频率对电机来讲是安全的。
选择高配置的变频器,变频器有安装SWF正弦波滤波器和FMFO共模滤波器是解决轴承电流最有效的方法。变频器的输出端安装了正弦波滤波器和射频滤波器后,将电机驱动电压从PWM波形转变成正弦波电压,使电机工作在与工频电压驱动相同的条件下,自然就消除了轴承电流。
单纯用正弦波滤波器,虽然能够大大减小轴承电流,但是并不能完全消除轴承电流。这是因为正弦波滤波器对高频成份的衰减作用很有限,如图2所示,正弦波电压上有毛刺,这就是高频成份。高频成份通过电机中的杂散参数形成轴承电流。
要减小这种高频共模电流,必须在正弦波滤波器的输出端再安装一台射频共模滤波器,射频共模滤波器的功能是滤除变频器输出端高频电流成份。
虽然SVA虽然设计成具有减小轴承电流的作用,但是效果这样突出超出我们预料。这可能是因为SVA减小了尖峰电压,从而明显减小了轴承电流。 当电动机由变频器供电时,高次谐波分量使电压波形的畸变率和电源的零序分量变大(电网供电时,正弦畸变率不超过5%,电压的零序分量不超过正弦分量的1%),致使定子绕组中性点发生位移,因此轴电压较大。在磁通恒定的情况下,电动机的轴电压与转速、频率和功率成正比。
电机增加电刷接地将产生的电压分流出来。自从以绝缘栅双极晶体管( IGBT)为功率器件的脉宽调制(PWM)逆变器作为交流电动机的传动电源后,电动机上的轴电流问题变得日趋严重,这也使得轴承出现问题和损坏的概率增加,损坏的速度加快。而且具有高载波频率(大于12kHz)的IGBT逆变器导致电动机轴承的损害比低载波频率的逆变器更快。此时产生轴电流的主要原因是PWM逆变器输出在电气上的瞬时不平衡,及时释放轴电压显得实为重要。
绝缘安装电机不产生电流回路,防止轴电流事故的发生,在变频器供电的电动机的非负载侧轴承座和轴承架之间加垫绝缘板,以切断轴电流回路。