1、電氣設備狀態檢測與維護電氣設備狀態檢測與維護負載負載設備篇（設備篇（）1、應用變頻電源的交流異步電機、應用變頻電源的交流異步電機1.1交流異步感應電機及應用發展演變1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 主 要 內 容1.3變頻電源供電的交流異步感應電機的選用 1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步感應電機：1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步感應電機：1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步感應電機工作原理：三相兩極電機旋轉磁場原理圖三相兩極異步電機工作原理圖結構簡潔、制造工藝相對簡單、相同容量情況下，體積小、結構簡潔、制造工藝相對簡單、相同容量情況下，體積小、重量輕、

2、轉動慣量小，相應的造價低、使用中保養簡便容易重量輕、轉動慣量小，相應的造價低、使用中保養簡便容易維護，一般經久耐用，具有較高的性價比；同時，運行中無維護，一般經久耐用，具有較高的性價比；同時，運行中無火花、適用于防爆場合，對使用環境的適應性強，這些獨特火花、適用于防爆場合，對使用環境的適應性強，這些獨特的優點，決定了交流異步感應電機在一般工農業生產現場以的優點，決定了交流異步感應電機在一般工農業生產現場以及居家生活中被得到廣泛的應用，在冶金企業內也被大量采及居家生活中被得到廣泛的應用，在冶金企業內也被大量采用，如輥道電機、風機電機、水泵、油泵電機等。用，如輥道電機、風機電機、水泵、油泵電機等。

3、1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的特點交流異步感應電機的轉速公式為：交流異步感應電機的轉速公式為： n = 60f/p(1- s ) n = 60f/p(1- s ) （1-11-1）式中：式中：n n 電機轉速電機轉速 轉轉/ /分鐘分鐘f f 電源供電頻率電源供電頻率 Hz/Hz/秒秒p p 電機磁極極對數電機磁極極對數s s 電機轉子轉差率電機轉子轉差率 1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節 變極對數調速 轉差功率不變型 交-交變頻器調速 變頻調速 交-直-交變頻器調速 電氣串級調速交流異步電機調速 轉差功率回饋型 串級調速 機械串級調速 晶閘管串級

4、調速 變電壓調速 轉差功率消耗型 電磁轉差離合器調速 繞線式異步電機轉子串電阻調速1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節變極調速控制原理圖1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節交交調速控制原理圖三相交-交變頻系統原理圖1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節交直交調速控制原理圖三相交-直-交變頻系統原理圖1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流異步電機的速度調節串級調速電磁轉差離合器調速控制原理圖三相異步鼠籠電機電磁轉差離合器調速系統原理圖1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流

5、電機的速度調節n = U- Ia.Ra/Ce. （1-2）式中：n 直流電機的轉速； 轉數/分鐘U 直流電機電樞供電電壓； 伏Ia 直流電機電樞電流； 安培Ra 直流電機電樞電阻； 歐姆Ce 直流電機電動常數； 直流電機每極磁通； 1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機的速度調節從上述公式中我們看到，對于一般直流電機的轉速調節而從上述公式中我們看到，對于一般直流電機的轉速調節而言，可以通過對直流電機電樞電壓的調節或改變電樞電阻，就言，可以通過對直流電機電樞電壓的調節或改變電樞電阻，就可以方便地對電樞電流進行靈活的控制，達到平滑地連續改變可以方便地對電樞電流進行靈活的控制，達到平滑地連續改

6、變電機轉速的要求。經典的傳動控制系統，能夠實現良好的調速電機轉速的要求。經典的傳動控制系統，能夠實現良好的調速性能，和極高的動態響應特性，獲得非常理想的傳動調速系統性能，和極高的動態響應特性，獲得非常理想的傳動調速系統的控制品質。的控制品質。1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機的速度調節典型直流調速控制系統原理圖1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的缺陷 多少年來人們在使用實踐中深深地感到，直流電機由于它的構造決定了它存在著很大的使用局限，其中換向器的結構使它的應用前景受到了越來越大的挑戰，可以講直流電機的絕大部分的故障，以及日常主要的保養維護工作量是針對了直流電機的換向器

7、。換向器結構的復雜及故障的多發，使它的應用場合越來越多地被壓縮，被替代。1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的主要缺陷 1.機械原因（1）電機振動?，F象：電刷在換向器表面跳動。原因：電樞兩端的平衡塊脫落或位置移動。處理辦法：進行平衡。低速，靜平衡；高速，動平衡。（2）換向器。現象：電刷不能在換向器上平穩滑動或火花增大。原因：換向器變形；片間云母突出；表面有疤痕或毛刺；換向器表面有油污。處理辦法：沾酒精擦拭；用與換向器表面吻合的曲面木塊墊上細砂紙磨換向器，嚴重則刀削外圓；云母突出則將云母下刻。直流電機換向常見故障及原因分析：直流電機換向常見故障及原因分析：1.1交流異步感應電機及應用

8、發展演變直流電機應用的主要缺陷 1.機械原因（3）電刷?，F象：產生有害火花。原因：電刷彈簧壓力不合適；電刷材料不符合要求；電刷型號不一致；電刷與刷盒間配合太緊或太松；刷盒邊離換向器表面距離太大。處理辦法：電刷的彈簧壓力根據不同的電刷確定；同一電機使用同一型號的電刷；更換電刷用較細的玻璃砂紙研磨，空轉半小時，使換向器表面生成較好的氧化膜，再投入工作。直流電機換向常見故障及原因分析：直流電機換向常見故障及原因分析：1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的主要缺陷2、 由機械引起的電氣原因現象：產生有害火花或火花增大。原因：磁極、刷盒的裝配有偏差。處理辦法：使各磁極、電刷安裝合適、分布均勻

9、，電刷架保持出廠時的位置，固定牢固。直流電機換向常見故障及原因分析：直流電機換向常見故障及原因分析：1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的主要缺陷直流電機換向常見故障直流電機換向常見故障換向器環火：換向器環火：1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的主要缺陷直流電機換向常見故障直流電機換向常見故障換向器環火：換向器環火：1.1交流異步感應電機及應用發展演變直流電機應用的主要缺陷直流電機換向常見故障直流電機換向常見故障因換向器環火刷握放電痕跡：因換向器環火刷握放電痕跡：換向器環火刷握放電痕跡1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流變頻控制技術的發展 上世紀七十年代初，隨著大

10、規模集成電路和計算機控制技術的飛速發展，以及現代控制理論的應用，特別是發明了矢量控制技術、通過坐標變換，把交流電機的定子電流分解成轉矩分量和勵磁分量，用以分別控制交流電機的轉矩和磁通，使交流傳動也能具備寬泛的調速范圍，高的調速性能，快的響應性能及在象限運行的良好技術性能，因此同樣也可以獲得與傳統直流傳動系統相仿的系統高動態性能，使交流傳動技術取得了突破性的發展。 1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流變頻控制技術的發展 近年來，國際上變頻調速傳動裝置以每年近年來，國際上變頻調速傳動裝置以每年13%13%16%16%的增長速度在遞增。的增長速度在遞增。 在寶鋼現場各主要生產單元的主傳動裝置，也

11、經歷在寶鋼現場各主要生產單元的主傳動裝置，也經歷了一場由一期的模擬直流傳動控制系統為主，逐步改造了一場由一期的模擬直流傳動控制系統為主，逐步改造成直流數字系統，到二期、三期的全交流傳動的演變過成直流數字系統，到二期、三期的全交流傳動的演變過程，并且現場的絕大部分直流傳動裝置都將面臨逐步被程，并且現場的絕大部分直流傳動裝置都將面臨逐步被交流調速傳動裝置所替代的趨勢。交流調速傳動裝置所替代的趨勢。1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流變頻控制技術的發展 上世紀九十年代建成的寶鋼二期工程上世紀九十年代建成的寶鋼二期工程20502050熱軋、熱軋、20302030冷軋冷軋仍以直流電機為主，但是開始了

12、以交代直的探索。仍以直流電機為主，但是開始了以交代直的探索。20502050熱軋熱軋R4R4粗軋機首次采用了交流同步機作為主軋機，粗軋機首次采用了交流同步機作為主軋機，R3R3粗軋機采用了交粗軋機采用了交交變頻器供電的交流變頻同步機，同時熱軋層流輥道和煉鋼連交變頻器供電的交流變頻同步機，同時熱軋層流輥道和煉鋼連鑄輥道都成功地采用了交流變頻調速控制的交流電動機。鑄輥道都成功地采用了交流變頻調速控制的交流電動機。 到了寶鋼三期到了寶鋼三期15801580熱軋、熱軋、14201420冷軋、冷軋、15501550冷軋、高速線材冷軋、高速線材等產線，除了等產線，除了15801580熱軋部分板坯庫輥道和精

13、整線上仍少量采用熱軋部分板坯庫輥道和精整線上仍少量采用直流電機之外，全部主傳動均采用了交流變頻調速控制技術。直流電機之外，全部主傳動均采用了交流變頻調速控制技術。1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流變頻控制技術的發展 交流電機傳動與直流電機傳動系統的比較：交流電機傳動與直流電機傳動系統的比較：1 1）、交流電機轉動慣量小，直流電機受換向條件的限制，電樞結構）、交流電機轉動慣量小，直流電機受換向條件的限制，電樞結構必須必須“短而粗短而粗”交流電機可以設計得交流電機可以設計得“細而長細而長”；2 2）、交流電機的調速系統的動態指標可以與直流系統相媲美，有的）、交流電機的調速系統的動態指標可以與

14、直流系統相媲美，有的甚至優于直流系統；甚至優于直流系統；3 3）、交流電機效率高、損耗小，冷卻風量少，通風設備容量減少；）、交流電機效率高、損耗小，冷卻風量少，通風設備容量減少；4 4）、交流電機可以無刷化，不受安裝環境制約，故障少，維護量?。?、交流電機可以無刷化，不受安裝環境制約，故障少，維護量小，運行可靠；，運行可靠；1.1交流異步感應電機及應用發展演變交流變頻控制技術的發展 在大量采用變頻控制技術，對普通交流異步感應電機進行速度調在大量采用變頻控制技術，對普通交流異步感應電機進行速度調節控制的過程中，出現了部分電機絕緣早期損壞的現象，許多電節控制的過程中，出現了部分電機絕緣早期損壞的現象

15、，許多電機運行壽命往往只有短短的機運行壽命往往只有短短的1 12 2年，嚴重的甚至只有幾個星期的年，嚴重的甚至只有幾個星期的使用壽命。使用壽命。大量的現場實踐告訴我們，過去研究發展的采用工頻正弦波供電大量的現場實踐告訴我們，過去研究發展的采用工頻正弦波供電條件下的電機設計理論，已經不能適應于采用變頻控制電源進行條件下的電機設計理論，已經不能適應于采用變頻控制電源進行驅動的交流異步感應電機的設計、制造和電機的選型了。驅動的交流異步感應電機的設計、制造和電機的選型了。 應用變頻電源的交流異步電機面臨哪些問題呢？1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 了解變壓變頻裝置 從整體線路結構上看，靜止式

16、電力電子變壓變頻器（從整體線路結構上看，靜止式電力電子變壓變頻器（VVVFVVVF裝裝置）可以將它們分為交置）可以將它們分為交交和交交和交直直交兩大類。其中交交兩大類。其中交交變交變壓變頻器主要應用于大功率交流調速系統，由于它在線路中省去壓變頻器主要應用于大功率交流調速系統，由于它在線路中省去了中間直流環節，只采用一次變流技術，因此變流效率比較高，了中間直流環節，只采用一次變流技術，因此變流效率比較高，可以方便地實現可以方便地實現象限的工作，低頻時裝置輸出的波形接近正弦象限的工作，低頻時裝置輸出的波形接近正弦波，但是這種變頻裝置的接線復雜，所使用的功率器件數量多，波，但是這種變頻裝置的接線復雜

17、，所使用的功率器件數量多，總體講設備相當龐大?？傮w講設備相當龐大。 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 了解變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-交變頻主回路原理圖了解變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-交變頻器 uA相輸出波形圖了解變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交交- -交變頻裝置的功率因數低，線路諧波電流分量大交變頻裝置的功率因數低，線路諧波電流分量大，輸出波形頻譜復雜，因此必須額外配置濾波和無功補，輸出波形頻譜復雜，因此必須額外配置濾波和無功補償設備。這樣的裝置還受到電網頻率和裝置變流電路脈償設備。這樣

18、的裝置還受到電網頻率和裝置變流電路脈動數的限制，一般它所輸出的電源頻率較低，其最高輸動數的限制，一般它所輸出的電源頻率較低，其最高輸出頻率一般不超過供電電網頻率的出頻率一般不超過供電電網頻率的1/31/31/21/2，所以只能，所以只能用于低轉速的交流調速系統，這是制約它使用場合的主用于低轉速的交流調速系統，這是制約它使用場合的主要因素。要因素。了解變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 在交在交直直交變壓變頻器中，從線路中間直流環節交變壓變頻器中，從線路中間直流環節直流電源性質的不同，這種逆變器又分為電壓源型直流電源性質的不同，這種逆變器又分為電壓源型（ Voltage S

19、ource Inverters Voltage Source Inverters）和電流源型和電流源型（CSI courrent Source InvertersCSI courrent Source Inverters）兩種基本形兩種基本形式。式。變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-直-交電壓型變頻主回路原理圖變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-直-交串聯二極管電流型變頻主回路原理圖變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-直-交電壓型變頻主回路原理圖變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 電壓源型逆變

20、器屬于恒壓源，電壓控制響應慢，不容易波動，適合做多臺電動機同步運行時的公共供電電源使用。而采用電流源型逆變器的系統則與之相反，它不適合使用于多電動機傳動系統，但是它可以滿足快速起制動和可逆運行的場合。 變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-直-交變頻輸出電壓波形圖變壓變頻裝置 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 交-直-交變頻輸出電流波形圖變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 學習過變頻裝置逆變器的基本線路構成及工作原理學習過變頻裝置逆變器的基本線路構成及工作原理后，不難理解不論是電壓源型逆變器還是電流源型逆后，不難理解不論是電壓

21、源型逆變器還是電流源型逆變器，它們所輸出的基本波形的基波內都不可避免地變器，它們所輸出的基本波形的基波內都不可避免地含有頻譜非常豐富的各種高次諧波成份，這些高次諧含有頻譜非常豐富的各種高次諧波成份，這些高次諧波對外表現為非正弦性，而且一般頻率都高于工頻，波對外表現為非正弦性，而且一般頻率都高于工頻，屬于高頻部分，那么相對于主要設計時以工頻電源為屬于高頻部分，那么相對于主要設計時以工頻電源為基本頻率的交流異步感應電機而言它們的影響是非常基本頻率的交流異步感應電機而言它們的影響是非常嚴重的。嚴重的。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變

22、頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 X X2s2s=2.S.f=2.S.f1 1.L.L2 2 （1-31-3）式中：式中：SS異步電機轉差率異步電機轉差率f f1 1異步電機供電電源的頻率；異步電機供電電源的頻率； （這里還應該考慮電源基波所包含的高次諧波成分的頻（這里還應該考慮電源基波所包含的高次諧波成分的頻率值）率值）L L22異步電機轉子回路的漏感；異步電機轉子回路的漏感； 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交

23、流異步電機的影響 我們知道對于交流異步感應電機的工作原理它主要建立我們知道對于交流異步感應電機的工作原理它主要建立在電機轉子感應磁場與定子旋轉磁場的轉差率在電機轉子感應磁場與定子旋轉磁場的轉差率“S”S”上，上，也就是說，交流異步感應電機的轉子轉速與定子空間旋轉也就是說，交流異步感應電機的轉子轉速與定子空間旋轉磁場的轉速始終存在差異，只有這樣轉子繞組才可能被定磁場的轉速始終存在差異，只有這樣轉子繞組才可能被定子旋轉磁場的磁力線所切割，才可能感應產生感應電動勢子旋轉磁場的磁力線所切割，才可能感應產生感應電動勢和感應電流，從而使電機轉子能輸出轉矩。而轉差率是分和感應電流，從而使電機轉子能輸出轉矩。

24、而轉差率是分析異步電機運行狀態的重要參數之一。析異步電機運行狀態的重要參數之一。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 轉差率轉差率S S直接關系到轉子的感應電勢的頻率、感應電動直接關系到轉子的感應電勢的頻率、感應電動勢的幅值及轉子電路的功率因數等。它與電機轉子繞組的感勢的幅值及轉子電路的功率因數等。它與電機轉子繞組的感抗抗X X22和阻抗和阻抗Z Z2 2的關系也是致關重要的，在一般工頻電源供電的關系也是致關重要的，在一般工頻電源供電的運行條件下這些

25、漏感和阻抗的數值對于電機運行狀態的影的運行條件下這些漏感和阻抗的數值對于電機運行狀態的影響，在電機設計時已經加以充分考慮了。但是當供電電源換響，在電機設計時已經加以充分考慮了。但是當供電電源換成含有大量高次諧波成份的變頻電源，而且工況條件又是多成含有大量高次諧波成份的變頻電源，而且工況條件又是多變的不同參數后，根據計算公式我們不難理解它將造成的影變的不同參數后，根據計算公式我們不難理解它將造成的影響。響。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 T=C

26、T=CT T.I.I2 2.COS.COS2 2 （1-41-4）式中：式中：TT異步電機的電磁轉矩；異步電機的電磁轉矩；C CT T異步電機轉矩常數，由電機的結構參數來決定；異步電機轉矩常數，由電機的結構參數來決定； 電機定轉子氣隙中合成旋轉磁場的每極的磁通量，電機定轉子氣隙中合成旋轉磁場的每極的磁通量，Wb;Wb;變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 I I2 2. .和和 COSCOS2 2 又分別為：又分別為： （1-51-5） （1-61-

27、6）從從(1-3)(1-3)式中可知式中可知X X2020 都和都和f f1 1有關，這樣有關，這樣I I2 2和和COSCOS2 2也必然有影也必然有影響。響。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 上述（1-4）公式說明，三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通與轉子電流的有功分量相互作用產生的。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對

28、普通交流異步電機的影響 公式還揭示了頻率越高，最大電磁轉矩和臨界轉差率越??；轉子漏抗越大，最大電磁轉矩和臨界轉差率越小；同時頻率越高，電機的起動轉矩越小；頻率越高轉子漏抗也越大，起動轉矩也會越小。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 因此當電機供電電源變成基波成份含有大量高次諧波的變頻電源后，因此當電機供電電源變成基波成份含有大量高次諧波的變頻電源后，這些非正弦的高次諧波對電機的影響，主要體現在電機磁路中將伴隨產這些非正弦的高次諧波對電機的影響，主要

29、體現在電機磁路中將伴隨產生諧波磁勢和電路中的諧波電流，不同幅值和頻率的諧波電流及磁通的生諧波磁勢和電路中的諧波電流，不同幅值和頻率的諧波電流及磁通的諧波必將引起電動機定、轉子漏抗增大，繞組銅耗、鐵芯鐵耗的增加變諧波必將引起電動機定、轉子漏抗增大，繞組銅耗、鐵芯鐵耗的增加變化，這些損耗都使異步電機的效率和功率因數降低。同時，這些損耗絕化，這些損耗都使異步電機的效率和功率因數降低。同時，這些損耗絕大部分的能量都是轉變成熱能，引起電機的附加發熱，導致普通異步電大部分的能量都是轉變成熱能，引起電機的附加發熱，導致普通異步電機工作溫升的增加。據有關資料介紹，機工作溫升的增加。據有關資料介紹，如果使用一般

30、普通的交流異步感如果使用一般普通的交流異步感應電機，采取變頻電源供電的話，其溫升一般要增加應電機，采取變頻電源供電的話，其溫升一般要增加10%10%20%20%。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 電機在運行的過程中，內部在不斷地進行著電磁、磁電的能電機在運行的過程中，內部在不斷地進行著電磁、磁電的能量轉換，當電源基波內參雜著大量高次諧波后這些諧波成分也必量轉換，當電源基波內參雜著大量高次諧波后這些諧波成分也必然參與到這些磁電或電磁能量的轉換中去，

31、在頻繁的轉換過程中然參與到這些磁電或電磁能量的轉換中去，在頻繁的轉換過程中它們必然會產生它們必然會產生一定的一定的影響。影響。 而而諧波磁動勢和轉子諧波電流合成產生的恒定諧波電磁轉矩諧波磁動勢和轉子諧波電流合成產生的恒定諧波電磁轉矩和隨諧波脈動的諧波電磁轉矩和隨諧波脈動的諧波電磁轉矩還還將將不可避免地不可避免地帶來電機磁場的脈帶來電機磁場的脈動，這些脈動磁場是引起電機轉矩振動的電磁因素，造成電機轉動，這些脈動磁場是引起電機轉矩振動的電磁因素，造成電機轉速不穩定，（主要發生在低速段，使設備在低速段運轉不速不穩定，（主要發生在低速段，使設備在低速段運轉不平平穩）穩）。 變頻電源對異步電機的影響 1

32、.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 這些脈動磁場這些脈動磁場一方面會造成設備運轉的不穩定，甚至影響到一方面會造成設備運轉的不穩定，甚至影響到設備設備所所生產的產品質量。同時它對電機的自身結構也具有一定的生產的產品質量。同時它對電機的自身結構也具有一定的破壞作用，其中尤其對軸承的非正常損壞的影響更是不容忽視。破壞作用，其中尤其對軸承的非正常損壞的影響更是不容忽視。這種非正弦的諧波一旦與電機這種非正弦的諧波一旦與電機的的機械、通風等其他因素引起的振機械、通風等其他因素引起的振動或

33、噪聲相互干涉，形成各種激振力，當這些振動力的頻率與電動或噪聲相互干涉，形成各種激振力，當這些振動力的頻率與電機部件的機械固有振動頻率一致或相接近時機部件的機械固有振動頻率一致或相接近時就就會產生諧振，從而會產生諧振，從而加大振動加大振動的的幅值和噪聲幅值和噪聲的的音量。音量。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 從電路的角度從電路的角度分析分析，我們在應用變頻電源供電時，我們在應用變頻電源供電時，對于變頻對于變頻電源基波內所包含的高次諧波對于普通交

34、流異步電機的影響，我電源基波內所包含的高次諧波對于普通交流異步電機的影響，我們還要考慮到電機電路與大地間存在的雜散電容與雜散電感對電們還要考慮到電機電路與大地間存在的雜散電容與雜散電感對電機運行所帶來的影響。在工頻恒壓供電條件下，這些雜散的電容機運行所帶來的影響。在工頻恒壓供電條件下，這些雜散的電容與電感基本可以加以忽略。它們的數值可能微乎其微。但是，當與電感基本可以加以忽略。它們的數值可能微乎其微。但是，當電源內含有頻率較高的諧波時，根據計算公式我們可以看到它們電源內含有頻率較高的諧波時，根據計算公式我們可以看到它們的作用就不容忽視啦！的作用就不容忽視啦！ 變頻電源對異步電機的影響 1.2應

35、用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 根據基本的交流電路的參數計算公式我們知道：根據基本的交流電路的參數計算公式我們知道： 感抗：感抗：X XL L = 2.f.L = 2.f.L 容抗：容抗：X XC C = 1/2.f.c = 1/2.f.c 盡管現實中雜散電感盡管現實中雜散電感L L和雜散電容和雜散電容 C C的的數數值可能微不足道，值可能微不足道，但當公式中的電源諧波但當公式中的電源諧波f f 的數值是的數值是5050Hz Hz 的幾百倍時，的幾百倍時，X XL L和和X X

36、C C就可就可能達到不容忽視的數值了，這些雜散電感或電容上感應的電勢也能達到不容忽視的數值了，這些雜散電感或電容上感應的電勢也就不能被輕易忽視了，它們很可能會形成具有一定破壞就不能被輕易忽視了，它們很可能會形成具有一定破壞作用作用的能的能量了。量了。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 交流異步感應電機是三相負載設備，當電機工作時它的轉軸與大地交流異步感應電機是三相負載設備，當電機工作時它的轉軸與大地之間，就可能因為逆變電源輸出之間，就可能因為逆變

37、電源輸出的的電壓波形內的高次諧波電壓波形內的高次諧波，它們，它們的的du/dtdu/dt或或di/dtdi/dt產生的瞬態電流產生的瞬態電流，通過雜散電容形成對地的低阻抗通路，通過雜散電容形成對地的低阻抗通路，這是因為電容對高頻而言是呈低阻抗的。這是因為電容對高頻而言是呈低阻抗的。在此雜散電容上感應產生較高在此雜散電容上感應產生較高的對地電壓。這個雜散電容的對地電壓。這個雜散電容構成構成之一，就是電動機的軸承之一，就是電動機的軸承。而。而軸承中間軸承中間的潤滑油脂就是這電容的電介質。加上電機磁路的不的潤滑油脂就是這電容的電介質。加上電機磁路的不完全完全對稱，產生的對稱，產生的環形磁通，切割環形

38、磁通，切割了電機了電機轉軸感應產生的交流電壓；以及變頻器三相輸出轉軸感應產生的交流電壓；以及變頻器三相輸出電壓瞬時值不為零，導致線路中三相中性點不為零，進而產生的共模電電壓瞬時值不為零，導致線路中三相中性點不為零，進而產生的共模電壓壓, ,以及環境靜電感應等因素，綜合形成了電機轉軸到地的電壓，也就以及環境靜電感應等因素，綜合形成了電機轉軸到地的電壓，也就是軸電壓。是軸電壓。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 所謂共模電壓,是一種零序性質的電壓,有

39、的文獻中直接稱為零序電壓。整流電路存在共模電壓,逆變電路同樣存在。當電機中性點接地時,它就是逆變器輸出點與地之間的零序電壓值;當電機中性點不接地時,共模電壓值還必須在以上基礎上,再加上中性點與地之間的電壓值。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 共模電壓是形成軸電壓的主要因素。因此采用變頻電源供電共模電壓是形成軸電壓的主要因素。因此采用變頻電源供電的交流異步電機的軸電壓往往較工頻電源供電的異步電機要大得的交流異步電機的軸電壓往往較工頻電源供電的異步

40、電機要大得多。電機軸電壓的存在必然對電機的軸承造成損害。當軸電壓的多。電機軸電壓的存在必然對電機的軸承造成損害。當軸電壓的幅值超過潤滑油脂介質的絕緣強度，幅值超過潤滑油脂介質的絕緣強度，油膜油膜介質會被擊穿，形成介質會被擊穿，形成油油脂的脂的放電，高頻高溫的電火花放電，高頻高溫的電火花將將局部燒熔軸承的金屬表面，冷卻局部燒熔軸承的金屬表面，冷卻后的后的這些這些熔融點熔融點必然必然形成硬度很高的斑點，這些斑點的存在形成硬度很高的斑點，這些斑點的存在會會引引起在軸承滾珠滾道內高速旋轉的滾珠的快速磨損，從而使起在軸承滾珠滾道內高速旋轉的滾珠的快速磨損，從而使電機電機軸軸承在很短的時間內非正常燒損。承

41、在很短的時間內非正常燒損。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （1 1）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響）電機電路分析揭示的變頻電源對普通交流異步電機的影響 電機軸承因軸電壓引起燒損的這個過程在后期，發展的電機軸承因軸電壓引起燒損的這個過程在后期，發展的會很快。另外，高溫的放電電火花也使軸承的潤滑油脂快速會很快。另外，高溫的放電電火花也使軸承的潤滑油脂快速被高溫氧化而失效，這對于電機的軸承來講更是雪上加霜，被高溫氧化而失效，這對于電機的軸承來講更是雪上加霜，潤滑不良的軸承無論如何也難以支撐高速旋轉和重的負荷！潤滑不良的軸承無論如何也難以支撐

42、高速旋轉和重的負荷！變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 運行于變頻電源供電環境下的交流異步電機的內部絕運行于變頻電源供電環境下的交流異步電機的內部絕緣狀況，也隨著供電條件的變化產生了許多新的問題。緣狀況，也隨著供電條件的變化產生了許多新的問題。 所謂電機的絕緣，完整的講包含了繞組導線的匝間絕緣所謂電機的絕緣，完整的講包含了繞組導線的匝間絕緣、繞組相間絕緣、繞組對地絕緣（包含繞組槽絕緣，繞組、繞組相間絕緣、繞組對地絕緣（包含繞組槽絕緣，繞組端部對地絕緣、引線對地絕緣）以及繞組的

43、絕緣處理即通端部對地絕緣、引線對地絕緣）以及繞組的絕緣處理即通常所說的常所說的電機整體的電機整體的浸漆處理。浸漆處理。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 變頻電源供電環境下的交流異步電機，與工頻下運行的交流變頻電源供電環境下的交流異步電機，與工頻下運行的交流異步電機在電機繞組線圈上的電應力存在兩方面的差異：異步電機在電機繞組線圈上的電應力存在兩方面的差異： 一是電機繞組上所承受電壓的分布是不均勻的，電機定子一是電機繞組上所承受電壓的分布是不均勻的，電機定子繞組的首端幾匝承擔

44、了約繞組的首端幾匝承擔了約80%80%的過電壓的幅值，該位置承受的匝的過電壓的幅值，該位置承受的匝間電壓超過平均匝間電壓的間電壓超過平均匝間電壓的1010倍以上，因此在實際使用中，往倍以上，因此在實際使用中，往往出現工作于變頻電源供電的交流異步電機發生繞組局部絕緣往出現工作于變頻電源供電的交流異步電機發生繞組局部絕緣擊穿的故障，很多情況下都是擊穿的故障，很多情況下都是發生發生于繞組首匝附近的匝間；于繞組首匝附近的匝間； 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 二是作用于繞組線圈的

45、電壓（波形、極性、電壓的幅值）二是作用于繞組線圈的電壓（波形、極性、電壓的幅值）在匝間絕緣上的性質有很大的差異，變頻電源供電的電機其絕在匝間絕緣上的性質有很大的差異，變頻電源供電的電機其絕緣系統比工作于工頻正弦電壓和電流時要求更高的絕緣強度。緣系統比工作于工頻正弦電壓和電流時要求更高的絕緣強度。因為它們所承受的電壓是正常額定運行電壓和逆變器換向時所因為它們所承受的電壓是正常額定運行電壓和逆變器換向時所產生的尖峰電壓的疊加值。盡管是低壓電機但是它們實際承受產生的尖峰電壓的疊加值。盡管是低壓電機但是它們實際承受的過電壓會是數倍的工作電壓的值。的過電壓會是數倍的工作電壓的值。 變頻電源對異步電機的影

46、響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 由于逆變器往往采用高速開關器件產生上升和下降時間極由于逆變器往往采用高速開關器件產生上升和下降時間極短的開關脈沖波形，一般波形的前后沿上升或下降時間在短的開關脈沖波形，一般波形的前后沿上升或下降時間在2020100100ss，器件開關的頻率達到器件開關的頻率達到2020KHzKHz。當每個脈沖換向的瞬間，當每個脈沖換向的瞬間，脈沖波形的極性從正，快速地轉換成負或從負轉換成正，在這脈沖波形的極性從正，快速地轉換成負或從負轉換成正，在這一時刻，電機的絕緣承受著一個二

47、倍于尖峰電壓的沖擊過電壓一時刻，電機的絕緣承受著一個二倍于尖峰電壓的沖擊過電壓。通常低壓電機的工作電壓為。通常低壓電機的工作電壓為380380V V，而該過電壓的值卻可能達而該過電壓的值卻可能達到到1.21.21.51.5KvKv。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 交流異步電機繞組絕緣交流異步電機繞組絕緣在這樣高的沖擊過電壓的作用下，在這樣高的沖擊過電壓的作用下，必然使必然使繞組絕緣材料的繞組絕緣材料的絕緣絕緣性能性能加速老化加速老化，導線表面，導線表面產生局部產生局部電

48、暈。強電暈現象對絕緣材料電暈。強電暈現象對絕緣材料的的電化電化學學腐蝕腐蝕，隨著電機運行的隨著電機運行的延續延續而加劇而加劇，不斷危害著電機絕緣系統的可靠性。，不斷危害著電機絕緣系統的可靠性。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 目前普通異步電機所使用的聚脂薄膜漆包線，電磁線絕緣漆的表目前普通異步電機所使用的聚脂薄膜漆包線，電磁線絕緣漆的表面在高倍顯微鏡下可以清晰地看到漆膜表面存在大量微孔，電磁線在面在高倍顯微鏡下可以清晰地看到漆膜表面存在大量微孔，電磁線在高頻電場作用下，繞

49、組匝間會產生表面的局部放電。由于電機采用普高頻電場作用下，繞組匝間會產生表面的局部放電。由于電機采用普通絕緣處理工藝所存在的缺陷，致使繞組匝間尤其是繞組端部的匝間通絕緣處理工藝所存在的缺陷，致使繞組匝間尤其是繞組端部的匝間難免存在一些空隙，這些空隙中殘存的氣體會因為高頻電場的作用，難免存在一些空隙，這些空隙中殘存的氣體會因為高頻電場的作用，被電離形成空間電荷，這些空間電荷又會形成一個與外加電場方向相被電離形成空間電荷，這些空間電荷又會形成一個與外加電場方向相反的電場，當諧波電壓的極性改變的瞬間，這個反向電場與外加電場反的電場，當諧波電壓的極性改變的瞬間，這個反向電場與外加電場的極性一致，兩個電

50、場的電壓便疊加產生更高的瞬間電壓。最終引起的極性一致，兩個電場的電壓便疊加產生更高的瞬間電壓。最終引起繞組絕緣的局部損壞而放電，直至被徹底擊穿。而且此時局部放電的繞組絕緣的局部損壞而放電，直至被徹底擊穿。而且此時局部放電的部位和數量也會大量增加。更加劇了電機絕緣的損傷。部位和數量也會大量增加。更加劇了電機絕緣的損傷。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 電機絕緣材料的介質損耗所引起的發熱也會隨著加劇，這也電機絕緣材料的介質損耗所引起的發熱也會隨著加劇，這也是使電機絕緣受損的重要

51、因素之一。任何材料的絕緣性能與之是使電機絕緣受損的重要因素之一。任何材料的絕緣性能與之所承受電壓高低、材料介質的絕緣強度有關，當作用在絕緣材所承受電壓高低、材料介質的絕緣強度有關，當作用在絕緣材料上的電壓強度，超過材料的絕緣臨界值時，絕緣材料的介質料上的電壓強度，超過材料的絕緣臨界值時，絕緣材料的介質損耗迅速增加，當電機繞組匝間發生局部放電時，會使絕緣材損耗迅速增加，當電機繞組匝間發生局部放電時，會使絕緣材料中分布電容所儲存的電能轉變為熱能、輻射能、機械和化學料中分布電容所儲存的電能轉變為熱能、輻射能、機械和化學能，從而使整個絕緣系統的絕緣性能迅速劣化，絕緣材料的耐能，從而使整個絕緣系統的絕緣

52、性能迅速劣化，絕緣材料的耐壓值降低，最終導致絕緣系統的崩潰，被擊穿！壓值降低，最終導致絕緣系統的崩潰，被擊穿！變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 當普通交流異步電機工作于變頻電源供電的環境下，由于上述局當普通交流異步電機工作于變頻電源供電的環境下，由于上述局部放電、絕緣材料介質損耗的增大發熱、空間電荷的疊加等諸多部放電、絕緣材料介質損耗的增大發熱、空間電荷的疊加等諸多因素的共同作用下往往引起電機繞組電磁線及電機絕緣材料的早因素的共同作用下往往引起電機繞組電磁線及電機絕緣材料的

53、早期損壞。期損壞。研究證明對于工作于變頻電源供電的電機在絕緣性能上要求：研究證明對于工作于變頻電源供電的電機在絕緣性能上要求：a.a.良好的耐沖擊電壓性能；良好的耐沖擊電壓性能；b.b.良好的耐局部放電性能；良好的耐局部放電性能；c.c.良好的耐熱、耐老化性能。良好的耐熱、耐老化性能。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （2 2）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響）變頻電源對普通交流異步電機絕緣的影響 目前國內交流異步電機所使用的電磁線及相應的電機匝目前國內交流異步電機所使用的電磁線及相應的電機匝間、相間及對地的絕緣材料與國外相比還存在較大的差間、相間及對地

54、的絕緣材料與國外相比還存在較大的差距。主要是電磁線的耐電暈和抗脈沖沖擊電壓的性能還距。主要是電磁線的耐電暈和抗脈沖沖擊電壓的性能還沒有引起人們足夠的重視，相關的行業標準還不健全，沒有引起人們足夠的重視，相關的行業標準還不健全，對于用戶而言必須對此有足夠的認識。對于用戶而言必須對此有足夠的認識。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 在使用工頻供電的環境條件下，對于連接交流異步電機在使用工頻供電的環境條件下，對于連接交流異步電機的供電電纜一般強調的是電纜的耐壓和

55、載流截面問題，的供電電纜一般強調的是電纜的耐壓和載流截面問題，并不要求電纜的阻抗必須與供電電源的輸出阻抗相匹配并不要求電纜的阻抗必須與供電電源的輸出阻抗相匹配。但是在采用變頻器供電的環境下，對于連接電機的電。但是在采用變頻器供電的環境下，對于連接電機的電纜，除了必須滿足一定的耐壓和載流截面條件外，電纜纜，除了必須滿足一定的耐壓和載流截面條件外，電纜與變頻器輸出阻抗的匹配也很重要。與變頻器輸出阻抗的匹配也很重要。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 由于變頻

56、電源的基波為開關頻率很高的脈沖波形，傳由于變頻電源的基波為開關頻率很高的脈沖波形，傳輸電纜線路中的雜散的電容和電感量就不能被忽略，在輸電纜線路中的雜散的電容和電感量就不能被忽略，在工頻電源供電的情況下，傳輸信號的頻率低，線路上的工頻電源供電的情況下，傳輸信號的頻率低，線路上的雜散電容和電感并不會對傳輸信號造成影響。當傳輸信雜散電容和電感并不會對傳輸信號造成影響。當傳輸信號內包含有高頻成分后，線路的阻抗包括負載的阻抗就號內包含有高頻成分后，線路的阻抗包括負載的阻抗就對傳輸信號帶來很大的影響，其程度取決于電纜的長度對傳輸信號帶來很大的影響，其程度取決于電纜的長度、傳輸信號內含高頻成分頻率的高低等參

57、數。、傳輸信號內含高頻成分頻率的高低等參數。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 當快速上升或下降的電壓從電源端通過電纜輸送到電機當快速上升或下降的電壓從電源端通過電纜輸送到電機端，如果兩者之間的阻抗不匹配，電源端的能量不能被負載端，如果兩者之間的阻抗不匹配，電源端的能量不能被負載端完全接收并消耗，多余的能量將沿電纜產生一個反射波，端完全接收并消耗，多余的能量將沿電纜產生一個反射波，這反射波返回電源端，由于它的快速變化率，因此會在電源這反射波返回電源端，由

58、于它的快速變化率，因此會在電源側再感應出另一個由電纜和變頻器阻抗不匹配而產生的反射側再感應出另一個由電纜和變頻器阻抗不匹配而產生的反射波再疊加在原始電壓波上，從而使電機供電的電壓波前沿產波再疊加在原始電壓波上，從而使電機供電的電壓波前沿產生一個很高的尖峰電壓。而此尖峰電壓的幅值大小取決于脈生一個很高的尖峰電壓。而此尖峰電壓的幅值大小取決于脈沖電壓的上升時間及電纜的長度。沖電壓的上升時間及電纜的長度。 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 而這個過電壓并不是均

59、勻地分布到電機繞組的兩端，其而這個過電壓并不是均勻地分布到電機繞組的兩端，其中中80%80%的電壓主要集中在繞組的進線端，過電壓的幅值到繞組的電壓主要集中在繞組的進線端，過電壓的幅值到繞組里面后就快速地被衰減掉，因此，對于繞組的端口處的耐壓里面后就快速地被衰減掉，因此，對于繞組的端口處的耐壓威脅極大，而繞組內卻并不會有太大的影響威脅極大，而繞組內卻并不會有太大的影響。變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 正弦波與正弦波與PWMPWM脈沖波疊加合成沖擊電壓水平

60、示意脈沖波疊加合成沖擊電壓水平示意 變頻電源對異步電機的影響 1.2應用變頻電源的交流異步電機面臨的問題 （3 3）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題：）變頻電源供電的交流異步電機使用中需注意的問題： 所謂的線路阻抗匹配主要強調的是：電源側的輸出阻抗與負載所謂的線路阻抗匹配主要強調的是：電源側的輸出阻抗與負載電機側的阻抗要相當，這樣電源側的輸出功率才能最大限度地輸電機側的阻抗要相當，這樣電源側的輸出功率才能最大限度地輸送給負載，也避免了在電纜上產生反射波疊加的過電壓危害。所送給負載，也避免了在電纜上產生反射波疊加的過電壓危害。所以連接變頻電源與執行電機的電纜的長度是有要求的。不能隨意