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变频控制电机过热损坏的原因分析及对策

发布时间:2012-03-26

故障现象电机普遍发热严重,一泵站电机尤为明显,3台电机先后发生了匝间短路故障。原电机为10极、115kW,因无同型号备用电机,用别处改造换下的8极、130kW电机替代。可使用后发现,与原115kW电机相比,电机过热现象更为严重,虽然加了轴流风机冷却,但运行不到一周就发生绕组烧损故障。起初以为电机质量有问题,便又换了1130kW电机,运行时间不长,再次发生绕组过热烧损。 

原因分析
变频器及油隔泵电机型号如下。变频器型号:富士FRN160P5 5台、FRN160P7 4台。电机型号:JR127-10型,380V115kW238AB级绝缘,1590kg,将转子端接作笼型电机使用。代用电机型号:JS127-8型,380V130kW249AB级绝缘,1300kg
1)变频控制电机发热的原因分析
高次谐波引起电机的效率和功率因数变差,电机损耗增加 变频装置用交--交控制,变频器输出的电压、电流波形均有高次谐波。由于普遍电机是按正弦波电源制造的,当有高次谐波流过电动机绕组时,铜损增大,并引起附加损耗,从而引起绕组发热。有资料表明,变频器传动与工频电源传动相比,电流约增加10%,温升约增加20% 
电机低速运转,散热能力变差 使用变频调速后电机往往处于低于额定转速的运行状态,标准电机的冷却风扇装在转子轴上,所以在低频下运转的电机,因电机转速降低而使冷却效果大幅度下降。 
电压变化率du/dt增高,电机故障率增加 目前市场上的变频器大部分是交--交变频器,其逆变部分是将直流电压转换为三相交流电压,通过控制六个桥臂的开关元件导通、关断来实现三相交流电压的输出。如常见的改变变频器输出电压的PWM方式,它虽与正弦波电压幅值等效,但实际上是由一系列矩形波组成,由于电机绕组匝间电压变化率du/dt很高,电机绕组的电压分布变得很不均匀,使绕组匝间短路的故障增加。从我厂变频控制电机的故障情况来看,几乎全是由匝间短路引起,由此可见,变频控制对电机的绝缘等级的要求更高。 
2115kW电机发热原因分析
115kW
电机发热除上述原因外,还由于该电机长期运行在粉尘含量较高的环境中,未定期清扫,造成定转子风道堵塞,致使气流不畅,散热效果降低,尤其是夏季,环境温度高,电机工作温度大大增加,导致电机过热烧毁。
3)代用电机过热原因分析
除因高次谐波引起损耗增加,造成过热外,主要原因还是电机工作频率太低。 
代用电机工作频率仅为25Hz,电机的工作转速为额定转速的50%,这对于单靠自扇风冷的电机来说,散热条件恶化。另外,从电机参数看,代换电机的重量,约为原电机重量的81.7%。热流量与电机重量成正比,吸收相同的热量,重量轻的130kW电机的温升比115kW电机温升要高,而两个电机的外表面积基本相同,即散热系数相同,对于电机发出相同的热量,代用电机的稳定温升要高出原电机。 

对策
1)合理选用变频控制电机,原电机如果工作频率达不到30Hz,在峰值电流不致引起过电流保护动作的情况下,可以极数更高的电机替代,尤其对于恒转矩负载要适当加大电机的功率等级与电机极数,以提高其带载能力;有条件的地方,应采用变频专用电机。 
2)加强电机的计划检修,尤其在夏季来临前,要对定转子风道进行清扫,改善电机的散热条件。在夏季时应采用外加风机对电机强迫风冷。 
3)将电子过热保护器的整定值调小,配外加热过载继电器,最好在电机绕组内配PTC热保护。 
4)提高电机的绝缘材料等级,如在电机检修时,将B级绝缘提高为F级绝缘,以提高匝间绝缘性能及绕组的耐热能力,这样可从根本上解决变频控制电机使用寿命短的问题。 
5)尽可能提高电机的运行频率。针对一泵站电机运行频率低的问题,将原传动皮带轮改为小皮带轮,通过计算其运行频率可达到30Hz以上,使用证明电机工作频率30Hz以上时,基本可以解决变频电机的散热问题。 
在对油隔泵电机采取加强计划笔录,夏季强迫风冷及提高运行频率等手段以后,基本上保证油隔泵电机的平稳运行,满足了生产需要。