变频电机意外“损毁”

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 500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


  1. 变频器输出端,安装低通滤波器。

  2. 变频器输出端,串联电抗器。

  3. 电机端,并联RC阻抗。



案例:“串联电抗器”解决方案,Fluke MDA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380V、30kW普通工频电机(YE3 200L-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”。