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第二十二节 为什么变频器的输出端安装了电抗器还会损伤电机
发布日期： 14:35:49&&(阅次)
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　　变频器的输出端一般都安装，在某些场合下能够减少对电机的损伤。但是，有时即使安装了仍然会出现的事故。
　　现象：
　　2009年8月，接到深圳一个企业的咨询。该企业承建的生产线，按照变频器厂商的推荐，在变频器的输出端都安装了，但是仍然出现电机频繁损坏的现象。
　　原因分析：
　　通过前面的学习，大家知道，导致电机定子烧毁的原因是变频器输出的PWM电压在电机端产生了尖峰电压。这个尖峰电压是由于电机的驱动电缆的阻抗与电机的阻抗不同，因此在电缆与电机的界面上发生了阻抗失配。按照传输线的理论，在阻抗失配的位置，电压波产生会产生反射，反射波与入射波叠加，产生了尖峰电压。
　　按照这个理论，在变频器的输出端安装一个电抗器并不能解决问题，因为电缆与电机的界面上阻抗失配的情况没有出现任何改变。
　　实际测试也证明了这个观点，如图1所示。安装电抗器后，尖峰电压的幅度不仅没有降低，并且变宽了。但是，电压变化率du/dt变小了，这是一个好处。因为过大的du/dt会加剧电机绝缘的损伤。
　　图1 变频器安装输出电抗器对尖峰电压的影响
　　解决办法：
　　虽然解决变频器损伤电机的规范方法是在变频器的输出端安装DVF滤波器，将PWM电压波形的脉冲上升沿延长，消除产生尖峰电压的条件。或者在电机的电源输入端并联安装一台SVA尖峰电压吸收器，将产生的尖峰电压吸收掉。
　　但是，考虑到这个客户的特殊情况，也就是他们已经花费了较多的费用在电抗器上，如果将电抗器全部报废，会造成浪费。航天绿电的专家提出了一种利用原来电抗器进行改进的方案，也就是在原来的电抗器的基础上增加一些电路，使其效果接近DVF滤波器的效果。增加的电路封装在一个金属盒内，有三根导线输出，使用时将这三根导线与电抗器连接即可。我们称之为&电抗器功能增强器&。全部成本很低，仅相当于DVF滤波器的20%。
　　客户使用后，获得了理想的效果，电机不再损坏。
　　启示：
　　在变频器的输出端安装电抗器并不能确保消除隐患。规范的方法是在变频器的输出端安装DVF滤波器，或者在电机的电源输入端安装SVA尖峰电压吸收器。
　　航天绿电的专家能够根据具体情况，提出最经济的解决方案。
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"电机损伤"热门文章如何完美解决变频器引起的电机绝缘烧毁问题--ddcatzlx的Blog
如何完美解决变频器引起的电机绝缘烧毁问题
&&&&& 2013年7月，航天绿电的工程师收到一个寻求帮助的信息。某工厂的数台氧枪电机出现损坏，经检修，发现是定子绕组局部绝缘损坏。
　　设备维护人员考虑到可能是变频器导致的电机损坏，请西门子的变频器工程师到现场勘查。测量到变频器的输出电压如图1所示，属于正常，变频器本身没有故障。
　　图1 变频器的输出电压波形
　　进一步测量电机侧的电压波形，如图2所示。从图中可知，线间电压达到了2.58kV，高于变频器输出的1.14kV。这肯定会造成绝缘的损坏。需要注意的是，这种情况下，变频器的输出安装了一台电抗器。通常我们认为安装了电抗器后，就能够对电机起到保护作用。这里的情况表明，电抗器并没有起到作用。
　　图2 电机侧的电压波形(变频器输出端有一台电抗器)
　　为了减小电机侧的电压，工程师在变频器的输出端再接入一台电抗器，测试电机侧的电压波形如图3所示。可见，线间电压降低到了2.44kV，但是效果十分有限，这并不能对电机起到有效的保护作用。
　　图3 变频器的输出电压波形(变频器输出端有两台电抗器)
　　西门子的工程师根据这种情况，建议该厂安装du/dt滤波器。应该说，这是一个正确的解决途径。
　　在2011年航天绿电课堂中，对这个问题作了详细的解释，结论是电抗器不能解决电机绕组绝缘烧毁的问题。
　　关于这个问题，可以进一步解释如下。
　　PWM电压在电机端产生尖峰电压的机理是入射波与反射波发生叠加。叠加后的电压超过原来电压的条件是：当脉冲电压在电缆上的传输时间大于脉冲的上升沿时间的一半。脉冲电压信号在电缆上的传输速度大约为电磁波在空气中传播速度的1/2，也就是150m/ms，如图4所示。
　　图4 尖峰电压产生的条件
　　因此，解决电机绝缘烧毁的有效方法就是延长脉冲的上升沿时间。du/dt滤波器就是达到这个目的设备。
　　本案中，电缆的长度大约为270米，传输时间大约为2ms，因此安装du/dt滤波器后，要使PWM电压上升沿的时间大于4ms。使用航天绿电的就能够满足这个要求。
　　实际上，航天绿电的也是解决这个问题的另外一个理想途径。
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变频器烧电机怎么办
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　　大家知道，导致电机定子烧毁的原因是变频器输出的PWM电压在电机端产生了尖峰电压。这个尖峰电压是由于电机的驱动电缆的阻抗与电机的阻抗不同，因此在电缆与电机的界面上发生了阻抗失配。按照传输线的理论，在阻抗失配的位置，电压波产生会产生反射，反射波与入射波叠加，产生了尖峰电压。
　　按照这个理论，在的输出端安装一个电抗器并不能解决问题，因为电缆与电机的界面上阻抗失配的情况没有出现任何改变。
　　实际测试也证明了这个观点，如图1所示。安装电抗器后，尖峰电压的幅度不仅没有降低，并且变宽了。但是，电压变化率du/dt变小了，这是一个好处。因为过大的du/dt会加剧电机绝缘的损伤。
　　图1 变频器安装输出电抗器对尖峰电压的影响
　　虽然解决变频器损伤电机的规范方法是在变频器的输出端安装DVF滤波器，将PWM电压波形的脉冲上升沿延长，消除产生尖峰电压的条件。或者在电机的输入端并联安装一台SVA尖峰电压吸收器，将产生的尖峰电压吸收掉。.cn
　　但是，考虑到这个客户的特殊情况，也就是他们已经花费了较多的费用在电抗器上，如果将电抗器全部报废，会造成浪费。专家提出了一种利用原来电抗器进行改进的方案，也就是在原来的电抗器的基础上增加一些电路，使其效果接近DVF滤波器的效果。增加的电路封装在一个金属盒内，有三根导线输出，使用时将这三根导线与电抗器连接即可。我们称之为“电抗器功能增强器”。全部成本很低，仅相当于DVF滤波器的20%。
　　使用后，电机不再损坏。
　　在变频器的输出端安装电抗器并不能确保消除电机损伤隐患。规范的方法是在变频器的输出端安装DVF滤波器，或者在电机的电源输入端安装SVA尖峰电压吸收器。
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哈哈，有意思的开题。有意思的1楼回复。关键是开题者没有把变频器与电机之间加的滤波环节，在道理上讲清楚。而是说加了个“金属盒子”（宝贝呀），在技术层面将这个，有点忽悠人的感觉了。
问题1:：为什么在变频器和电机之间加了电抗器，电机输入电压骤变成了1100V呢？怎么升上去的呢？
问题2：为什么增加了一个“电抗器增强器”就使电机安全了？怎么安全的？气吹的？还是有道理的？道理在哪呢？
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摘要: 变频器的输出是经PWM调制的电压波，调制波形如图1所示，由于电动机绕组的电感性质能使电流连续，因此电流基本上是正弦形的，脉冲宽度调制( PWM)有着陡峭的电压上升和下降的前后沿，即du/dt很大，使得输出引线向外发射含量极大的电磁 ...
&&& 的输出是经PWM调制的电压波，调制波形如图1所示，由于绕组的电感性质能使电流连续，因此电流基本上是正弦形的，脉冲宽度调制( PWM)有着陡峭的电压上升和下降的前后沿，即du/dt很大，使得输出引线向外发射含量极大的电磁干扰，并且在引出线对地、电动机绕组匝间、绕组对地间都产生很大的脉冲电流。
&&& 图1&&& 调制波形
&&& 为了减轻变频器输出du/dt对外界的干扰，降低输出波形畸变，达到环保标准，减少对电动机绕组的电压冲击造成绝缘损坏，降低电动机的温升和噪声，避免在变频器输出功率管上因du/dt和流过过大的脉冲冲击电流使功率管损坏，以及降低负载短路造成对变频器的损伤，有必要在变频器输出端增设交流电抗器。
&&& 值得指出的是脉冲电压通过较长的输电线时，由于长线上波的反射叠加使得在长线（即变频器输出导线）超过临界长度后，电压有可能达到直流母线（变频器内直流母线）电压的2倍。因此，变频器输出线长度受到了限制，为解除这种限制，必须接入输出侧交流电抗器。接入后，送到电动机等负载上的波形接近正弦电压波形。
&&& 当变频器和电动机之间的接线超长时，随着变频器输出电缆的长度增加，其分布明显增大，从而造成变频器逆变输出的容性尖峰电流过大引起变频器保护动作，因此必须使用输出电抗器或du/dt滤波器或正弦波滤波器等装置对这种容性尖峰电流进行限制。
&&& 输出滤波电抗器用于补偿在电动机电缆长距离敷设时引起的电路电容充电电流，也可抑制谐波。在多电动机传动时，可接入一台输出滤波电抗器，总电缆长度是每台电动机电缆长度的总和。从理论上说，功率等级不同的变频器所允许敷设的电动机电缆长度是不同的，并且不同生产厂商的变频器所允许敷设的电动机电缆长度也是不同的。因此，变频器至电动机电缆在超过多长距离时应加装输出滤波电抗器，还应参阅各变频器生产厂商提供的使用手册。
&&& 输出电抗器串联在变频器输出侧(U、V、W)和电动机之间，限制电动机连接电缆的容性充电电流和电动机绕组的电压上升率，减小变频器功率元件动作时产生的干扰和冲击：在变频器与负载电动机之间连接电缆超过50m时应配置输出电抗器。在变频器的输出侧使用交流电抗器可平滑滤波，减少瞬变电压du/dt的影响，并可得到以下的改善：
&&& 1)降低了电动机的噪声。
&&& 2)降低了输出谐波造成的漏电流。
&&& 3)减少了电磁干扰。
&&& 4)保护了变频器内部的功率开关器件。
&&& 5)延长了电动机的绝缘寿命。
&&& 输出电抗器有助于改善变频器的过电流和过电压，变频器和电动机之间采用长电缆或向多电动机供电时，由于变频器工作频率高，连接电缆的等效电路成为一个大电容，从而引起下列问题：
&&& 1)电缆对地电容给变频器额外增加了峰值电流。
&&& 2)由于高频瞬变电压，给电动机绝缘额外增加了瞬态电压峰值。
&&& 输入电抗器LA1、输出电抗器LA2和直流电抗器LDC在变频调速系统中的连接如图2所示。输出电抗器的主要作用是补偿长线分布电容的影响，并能抑制变频器输出的谐波，起到减小变频器噪声的作用。有些变频器产品使用说明书中提供了有输出电抗器与无输出电抗器时，连接电动机的导线允许的最大长度。
&&& 图2&&& 三种电抗器在变频调速系统中的连接
&&& 在实际使用中，只要负载是电感性的，电抗器采用1%阻抗或更低一些都是可行的，因为PWM调制频率远高于基波频率，因此输出侧交流电抗器电感量可按下式计算：
&&& 例如：380V、90kW、50Hz、170A变频器的输出侧交流电抗器的计算如下：
&&& 选择电感值在0. 041mH左右，工作电流为170A的电抗器即可。输出侧交流电抗器绕制在磁心上的导线头尾的位置，关系到电感向外发射干扰能量的程度，变频器输出侧交流电抗器断面结构如图3所示，绕组头1在里层，尾2在外层，因此1接变频器的输出，2接负载电动机较好，这样，变频器输出端的强干扰被外层屏蔽，减少了干扰向外发射。
&&& 图3&&& 输出侧交流电抗器断面结构
&&& 输出侧交流电抗器的抑制频率若在较高频率范围，应使用铁氧体磁心，以减少损耗，但体积较大。在变频器与负载之间若设有变压器，变压器输入绕组的漏抗和变压器损耗大大削弱了调制波，起到了输出侧电抗器的作用，因此可以省略输出侧交流电抗器。
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