變頻器的出現為工業自動化控製、電機節能帶來了革新。工業生產中幾乎離不開變頻器，即使在日常生活中，電梯、變頻空調也成為不可缺少的部分，變頻器已經開始滲入到生產、生活的各個角落。然而，變頻器也帶來了許多前所未有的困擾，其中損傷電機就是最典型的現象之一。

　　很(hen)多(duo)人(ren)已(yi)經(jing)發(fa)現(xian)了(le)變(bian)頻(pin)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)損(sun)傷(shang)的(de)現(xian)象(xiang)。例(li)如(ru)，某(mou)水(shui)泵(beng)廠(chang)
，近(jin)兩(liang)年(nian)來(lai)
，他(ta)的(de)用(yong)戶(hu)頻(pin)繁(fan)報(bao)告(gao)水(shui)泵(beng)在(zai)保(bao)修(xiu)期(qi)內(nei)發(fa)生(sheng)損(sun)壞(huai)的(de)現(xian)象(xiang)。而(er)過(guo)去(qu)，這(zhe)個(ge)水(shui)泵(beng)廠(chang)的(de)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)十(shi)分(fen)可(ke)靠(kao)。經(jing)過(guo)調(tiao)查(zha)，發(fa)現(xian)這(zhe)些(xie)損(sun)壞(huai)的(de)水(shui)泵(beng)都(dou)是(shi)用(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)驅(qu)動(dong)的(de)。

　　盡jin管guan變bian頻pin器qi損sun傷shang電dian機ji的de現xian象xiang越yue來lai越yue被bei人ren們men所suo關guan注zhu
，但dan是shi人ren們men對dui造zao成cheng這zhe種zhong現xian象xiang的de機ji理li還hai不bu清qing楚chu，更geng不bu知zhi道dao如ru何he來lai預yu防fang。分fen享xiang本ben文wen的de目mu的de是shi解jie決jue這zhe些xie困kun惑huo。

　　變頻器對電機的損傷

　　bianpinqiduidianjidesunshangbaokuolianggefangmian，dingziraozudesunshanghezhouchengdesunshang
，ruxiatusuoshi。zhezhongsunshangyibanfashengzaijizhouzhishijigeyuenei
，jutishijianyubianpinqidepinpai、電機的品牌
、電機的功率、變頻器的載波頻率、變頻器與電機之間的電纜長度
、huanjingwendudengzhuduoyinsuyouguan。dianjidezaoqiyiwaisunhuaigeiqiyedeshengchandailaijudadejingjisunshi。zhezhongsunshibujinshidianjiweixiuhegenghuandailaidefeiyong，gengzhuyaodeshiyiwaitingchandailaidejingjisunshi。yinci
，zaishiyongbianpinqiqudongdianjishi
，bixuduidianjisunshangdewentiyouzugoudezhongshi。

　　變頻器驅動與工頻驅動的區別

　　yaolejiegongpindianjizaibianpinqiqudongtiaojianxiagengrongyisunhuaidejili，shouxianlejiebianpinqiqudongdianjidedianyayugongpindianyayoushenmequbie。ranhouzailejiezhezhongchabieshiruheduidianjichanshengbuliangyingxiangde。

　　變頻器的基本構造如圖2所(suo)示(shi)，包(bao)括(kuo)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)與(yu)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)兩(liang)部(bu)分(fen)。整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)為(wei)普(pu)通(tong)二(er)極(ji)管(guan)與(yu)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)構(gou)成(cheng)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)電(dian)路(lu)，逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)變(bian)換(huan)成(cheng)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)的(de)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)（PWM電壓）。yinci
，bianpinqiqudongdianjidedianyaboxingshimaikuanbianhuademaichongboxing，erbushizhengxianbodianyaboxing。yongmaichongdianyaqudongdianjijiushidaozhidianjirongyisunhuaidegenbenyuanyin。

　　變頻器損傷電機定子繞組的機理

　　脈mai衝chong電dian壓ya在zai電dian纜lan上shang傳chuan輸shu時shi

，如ru果guo電dian纜lan的de阻zu抗kang與yu負fu載zai的de阻zu抗kang不bu匹pi配pei，在zai負fu載zai端duan會hui產chan生sheng反fan射she。反fan射she的de結jie果guo是shi，入ru射she波bo與yu反fan射she波bo疊die加jia，形xing成cheng更geng高gao的de電dian壓ya
，它ta的de幅fu度du最zui大da可ke以yi達da到dao直zhi流liu母mu線xian電dian壓ya的de2倍
，大約相當於變頻器輸入電壓的3倍，如圖3所示。過高的尖峰電壓加在電機定子的線圈上，對線圈造成電壓衝擊，頻繁的過電壓衝擊會導致電機過早失效。

　　變頻器驅動的電機受到尖峰電壓的衝擊後，它的實際壽命與很多因素

，包括，溫度
、汙染、振動、電壓
、載波頻率以及線圈絕緣的工藝等因素有關。

　　變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)
，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)越(yue)接(jie)近(jin)正(zheng)弦(xian)波(bo)，這(zhe)會(hui)降(jiang)低(di)電(dian)機(ji)的(de)運(yun)行(xing)溫(wen)度(du)，從(cong)而(er)延(yan)長(chang)絕(jue)緣(yuan)的(de)壽(shou)命(ming)。但(dan)是(shi)，更(geng)高(gao)的(de)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)意(yi)味(wei)著(zhe)每(mei)秒(miao)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)數(shu)量(liang)更(geng)多(duo)
，對(dui)電(dian)機(ji)的(de)衝(chong)擊(ji)的(de)次(ci)數(shu)更(geng)多(duo)。圖(tu)4給出了絕緣壽命隨著電纜長度與載波頻率的變化。從圖中可知，對於200英尺長的電纜，當載波頻率從3kHz提高到12kHz（變化4倍）時
，絕緣的壽命從大約8萬小時降低到2萬小時（相差4倍）。

　　載波頻率對絕緣的影響

　　電機的溫度越高，絕緣的壽命越短
，如圖5所示，當溫度升高到75?C時，電機的壽命隻有50%。變頻器驅動的電機，由於PWM電壓包含較多的高頻成份，電機溫度會遠高於工頻電壓驅動的情況。

　　變頻器損傷電機軸承的機理

　　變(bian)頻(pin)器(qi)損(sun)傷(shang)電(dian)機(ji)軸(zhou)承(cheng)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)

，有(you)流(liu)過(guo)軸(zhou)承(cheng)的(de)電(dian)流(liu)
，並(bing)且(qie)這(zhe)種(zhong)電(dian)流(liu)處(chu)於(yu)斷(duan)續(xu)連(lian)通(tong)的(de)狀(zhuang)態(tai)，斷(duan)續(xu)連(lian)通(tong)的(de)電(dian)路(lu)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)弧(hu)，電(dian)弧(hu)燒(shao)毀(hui)了(le)軸(zhou)承(cheng)。

　　導致交流電機的軸承中流過電流的原因主要有兩個，第一

，內部電磁場不平衡產生的感應電壓，第二
，雜散電容引起的高頻電流通路。

　　理想交流感應電機內部的磁場是對稱的
，當三相繞組的電流相等

，並且相位相差120?時

，不會在電機的軸杆上感應出電壓。變頻器輸出的PWM電壓導致電機內部的磁場不對稱時
，就會在軸杆上感應出電壓，電壓的幅度在10~30V，這與驅動電壓有關
，驅動電壓越高
，軸杆上的電壓越高。

　　當dang這zhe個ge電dian壓ya的de數shu值zhi超chao過guo軸zhou承cheng中zhong的de潤run滑hua油you的de絕jue緣yuan強qiang度du時shi，就jiu會hui形xing成cheng一yi個ge電dian流liu通tong路lu。軸zhou杆gan旋xuan轉zhuan過guo程cheng中zhong，在zai某mou個ge時shi刻ke
，潤run滑hua油you的de絕jue緣yuan又you阻zu斷duan了le電dian流liu。這zhe個ge過guo程cheng類lei似si於yu機ji械xie式shi開kai關guan的de通tong斷duan過guo程cheng，這zhe個ge過guo程cheng中zhong會hui產chan生sheng電dian弧hu，燒shao蝕shi軸zhou杆gan、滾珠、軸(zhou)碗(wan)的(de)表(biao)麵(mian)
，形(xing)成(cheng)凹(ao)坑(keng)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)外(wai)部(bu)振(zhen)動(dong)，小(xiao)凹(ao)坑(keng)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)有(you)外(wai)部(bu)振(zhen)動(dong)時(shi)
，會(hui)產(chan)生(sheng)凹(ao)槽(cao)，這(zhe)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)運(yun)轉(zhuan)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)。

　　另外，實驗表明，軸杆上的電壓還與變頻器輸出電壓的基波頻率有關，基波頻率越低
，軸杆上的電壓越高，軸承損傷越嚴重。

　　在馬達工作的初期
，潤滑油溫度較低的時候，電流幅度在5-200mA，這麼小的電流不會對軸承產生任何損壞。但是，當馬達運行一段時間後

，隨著潤滑油溫度升高，峰值電流會達到5-10A，這會產生飛弧，在軸承部件的表麵形成小坑。

　　電機定子繞組的保護

　　當電纜的長度超過30米mi時shi
，現xian代dai變bian頻pin器qi必bi然ran會hui在zai電dian機ji端duan產chan生sheng尖jian峰feng電dian壓ya

，縮suo短duan電dian機ji的de壽shou命ming。防fang止zhi電dian機ji出chu現xian損sun傷shang
，有you兩liang個ge思si路lu，一yi個ge是shi采cai用yong繞rao組zu絕jue緣yuan抗kang電dian強qiang度du更geng高gao的de電dian機ji（一般稱為變頻電機），另一個是采取措施減小尖峰電壓。前一種措施適合於新建的項目，後一種措施適合於對已有的電機進行改造。

　　目前常用的電機保護方法有以下4個：

　　①在變頻器的輸出端安裝電抗器：這個措施最常用，但是需要注意的是，這個方法對於較短的電纜（30米以下）有一定效果，但是有時效果不夠理想，如圖6(c)所示；

　　②在變頻器的輸出端安裝dv/dt濾波器：這個措施適用於電纜長度小於300米的場合
，價格略高於電抗器，但是效果有了明顯的改善，如圖6(d)所示；

　　③在變頻器的輸出端安裝正弦波濾波器：這個措施是最理想的。因為在這裏，將PWM脈衝電壓變成了正弦波電壓
，是電機工作在與工頻電壓相同的條件下
，尖峰電壓的問題得到了徹底的解決（電纜再長
，也不會出現尖峰電壓了）
；

　　④在電纜與電機接口的位置安裝尖峰電壓吸收器：前麵幾個措施的缺點是當電機的功率較大時，電抗器或濾波器的體積
、重zhong量liang很hen大da
，價jia格ge較jiao高gao，另ling外wai，電dian抗kang器qi和he濾lv波bo器qi都dou會hui導dao致zhi一yi定ding的de電dian壓ya降jiang，影ying響xiang電dian機ji的de輸shu出chu力li矩ju
，采cai用yong變bian頻pin器qi尖jian峰feng電dian壓ya吸xi收shou器qi能neng夠gou克ke服fu這zhe些xie缺que點dian。航hang天tian科ke工gong集ji團tuan二er院yuan706所開發的SVA尖峰電壓吸收器
，采用先進的電力電子技術和智能控製技術，是解決電機損傷的理想設備。另外，SVA尖峰吸收器還能保護電機的軸承。

　　尖峰電壓吸收器是一種新型的電機保護裝置，如圖7所示（航天科工集團的SVA型號）。並聯連接電機的電源輸入端。

　　SVA尖峰電壓吸收器的原理框圖如圖8所示，它的工作過程如下：

　　①尖峰電壓檢測電路實時檢測電機電源線上的電壓幅度；

　　②當檢測到電壓的幅度超過設定的閾值時
，控製尖峰能量緩衝電路
，使其吸收尖峰電壓的能量；

　　③dangjianfengdianyadenengliangchongmanjianfengnenglianghuanchongqishi，jianfengnengliangxishoukongzhifamendakai，shihuanchongqizhongdejianfengnengliangxiefangdaojianfengnengliangxishouqi，jiangdiannengzhuanbianchengreneng；

　　④溫度監控器監測尖峰能量吸收器的溫度，當溫度過高時，適當關閉尖峰能量吸收控製閥門

，減小能量的吸收（在保證電機受到保護的前提下），避免尖峰電壓吸收器過熱而損壞；

　　④溫度監控器監測尖峰能量吸收器的溫度
，當溫度過高時，適當關閉尖峰能量吸收控製閥門，減小能量的吸收（在保證電機受到保護的前提下），避免尖峰電壓吸收器過熱而損壞；

　　⑤軸承電流吸收電路的作用是將軸承電流吸收掉
，保護電機軸承。

　　尖峰吸收器與前麵所述的du/dt濾波器
、正弦波濾波器等電機保護方法相比，最大的好處是，體積小、價格低，安裝簡便（並聯安裝）。特別是功率較大的場合，尖峰吸收器在價格、體積
、重量等方麵的優點很突出。另外，由於是並聯安裝
，不會產生電壓降，而du/dt濾波器和正弦波！