高级电气点检负载一

1、电气设备状态检测与维护电气设备状态检测与维护负载负载设备篇（设备篇（）1、应用变频电源的交流异步电机、应用变频电源的交流异步电机1.1交流异步感应电机及应用发展演变1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 主 要 内 容1.3变频电源供电的交流异步感应电机的选用 1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步感应电机：1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步感应电机：1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步感应电机工作原理：三相两极电机旋转磁场原理图三相两极异步电机工作原理图结构简洁、制造工艺相对简单、相同容量情况下，体积小、结构简洁、制造工艺相对简单、相同容量情况下，体积小、重量轻、

2、转动惯量小，相应的造价低、使用中保养简便容易重量轻、转动惯量小，相应的造价低、使用中保养简便容易维护，一般经久耐用，具有较高的性价比；同时，运行中无维护，一般经久耐用，具有较高的性价比；同时，运行中无火花、适用于防爆场合，对使用环境的适应性强，这些独特火花、适用于防爆场合，对使用环境的适应性强，这些独特的优点，决定了交流异步感应电机在一般工农业生产现场以的优点，决定了交流异步感应电机在一般工农业生产现场以及居家生活中被得到广泛的应用，在冶金企业内也被大量采及居家生活中被得到广泛的应用，在冶金企业内也被大量采用，如辊道电机、风机电机、水泵、油泵电机等。用，如辊道电机、风机电机、水泵、油泵电机等。

3、1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的特点交流异步感应电机的转速公式为：交流异步感应电机的转速公式为： n = 60f/p(1- s ) n = 60f/p(1- s ) （1-11-1）式中：式中：n n 电机转速电机转速 转转/ /分钟分钟f f 电源供电频率电源供电频率 Hz/Hz/秒秒p p 电机磁极极对数电机磁极极对数s s 电机转子转差率电机转子转差率 1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节 变极对数调速 转差功率不变型 交-交变频器调速 变频调速 交-直-交变频器调速 电气串级调速交流异步电机调速 转差功率回馈型 串级调速 机械串级调速 晶闸管串级

4、调速 变电压调速 转差功率消耗型 电磁转差离合器调速 绕线式异步电机转子串电阻调速1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节变极调速控制原理图1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节交交调速控制原理图三相交-交变频系统原理图1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节交直交调速控制原理图三相交-直-交变频系统原理图1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流异步电机的速度调节串级调速电磁转差离合器调速控制原理图三相异步鼠笼电机电磁转差离合器调速系统原理图1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流

5、电机的速度调节n = U- Ia.Ra/Ce. （1-2）式中：n 直流电机的转速； 转数/分钟U 直流电机电枢供电电压； 伏Ia 直流电机电枢电流； 安培Ra 直流电机电枢电阻； 欧姆Ce 直流电机电动常数； 直流电机每极磁通； 1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机的速度调节从上述公式中我们看到，对于一般直流电机的转速调节而从上述公式中我们看到，对于一般直流电机的转速调节而言，可以通过对直流电机电枢电压的调节或改变电枢电阻，就言，可以通过对直流电机电枢电压的调节或改变电枢电阻，就可以方便地对电枢电流进行灵活的控制，达到平滑地连续改变可以方便地对电枢电流进行灵活的控制，达到平滑地连续改

6、变电机转速的要求。经典的传动控制系统，能够实现良好的调速电机转速的要求。经典的传动控制系统，能够实现良好的调速性能，和极高的动态响应特性，获得非常理想的传动调速系统性能，和极高的动态响应特性，获得非常理想的传动调速系统的控制品质。的控制品质。1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机的速度调节典型直流调速控制系统原理图1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的缺陷 多少年来人们在使用实践中深深地感到，直流电机由于它的构造决定了它存在着很大的使用局限，其中换向器的结构使它的应用前景受到了越来越大的挑战，可以讲直流电机的绝大部分的故障，以及日常主要的保养维护工作量是针对了直流电机的换向器

7、。换向器结构的复杂及故障的多发，使它的应用场合越来越多地被压缩，被替代。1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的主要缺陷 1.机械原因（1）电机振动。现象：电刷在换向器表面跳动。原因：电枢两端的平衡块脱落或位置移动。处理办法：进行平衡。低速，静平衡；高速，动平衡。（2）换向器。现象：电刷不能在换向器上平稳滑动或火花增大。原因：换向器变形；片间云母突出；表面有疤痕或毛刺；换向器表面有油污。处理办法：沾酒精擦拭；用与换向器表面吻合的曲面木块垫上细砂纸磨换向器，严重则刀削外圆；云母突出则将云母下刻。直流电机换向常见故障及原因分析：直流电机换向常见故障及原因分析：1.1交流异步感应电机及应用

8、发展演变直流电机应用的主要缺陷 1.机械原因（3）电刷。现象：产生有害火花。原因：电刷弹簧压力不合适；电刷材料不符合要求；电刷型号不一致；电刷与刷盒间配合太紧或太松；刷盒边离换向器表面距离太大。处理办法：电刷的弹簧压力根据不同的电刷确定；同一电机使用同一型号的电刷；更换电刷用较细的玻璃砂纸研磨，空转半小时，使换向器表面生成较好的氧化膜，再投入工作。直流电机换向常见故障及原因分析：直流电机换向常见故障及原因分析：1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的主要缺陷2、 由机械引起的电气原因现象：产生有害火花或火花增大。原因：磁极、刷盒的装配有偏差。处理办法：使各磁极、电刷安装合适、分布均匀

9、，电刷架保持出厂时的位置，固定牢固。直流电机换向常见故障及原因分析：直流电机换向常见故障及原因分析：1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的主要缺陷直流电机换向常见故障直流电机换向常见故障换向器环火：换向器环火：1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的主要缺陷直流电机换向常见故障直流电机换向常见故障换向器环火：换向器环火：1.1交流异步感应电机及应用发展演变直流电机应用的主要缺陷直流电机换向常见故障直流电机换向常见故障因换向器环火刷握放电痕迹：因换向器环火刷握放电痕迹：换向器环火刷握放电痕迹1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流变频控制技术的发展 上世纪七十年代初，随着大

10、规模集成电路和计算机控制技术的飞速发展，以及现代控制理论的应用，特别是发明了矢量控制技术、通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用以分别控制交流电机的转矩和磁通，使交流传动也能具备宽泛的调速范围，高的调速性能，快的响应性能及在象限运行的良好技术性能，因此同样也可以获得与传统直流传动系统相仿的系统高动态性能，使交流传动技术取得了突破性的发展。 1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流变频控制技术的发展 近年来，国际上变频调速传动装置以每年近年来，国际上变频调速传动装置以每年13%13%16%16%的增长速度在递增。的增长速度在递增。 在宝钢现场各主要生产单元的主传动装置，也

11、经历在宝钢现场各主要生产单元的主传动装置，也经历了一场由一期的模拟直流传动控制系统为主，逐步改造了一场由一期的模拟直流传动控制系统为主，逐步改造成直流数字系统，到二期、三期的全交流传动的演变过成直流数字系统，到二期、三期的全交流传动的演变过程，并且现场的绝大部分直流传动装置都将面临逐步被程，并且现场的绝大部分直流传动装置都将面临逐步被交流调速传动装置所替代的趋势。交流调速传动装置所替代的趋势。1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流变频控制技术的发展 上世纪九十年代建成的宝钢二期工程上世纪九十年代建成的宝钢二期工程20502050热轧、热轧、20302030冷轧冷轧仍以直流电机为主，但是开始了

12、以交代直的探索。仍以直流电机为主，但是开始了以交代直的探索。20502050热轧热轧R4R4粗轧机首次采用了交流同步机作为主轧机，粗轧机首次采用了交流同步机作为主轧机，R3R3粗轧机采用了交粗轧机采用了交交变频器供电的交流变频同步机，同时热轧层流辊道和炼钢连交变频器供电的交流变频同步机，同时热轧层流辊道和炼钢连铸辊道都成功地采用了交流变频调速控制的交流电动机。铸辊道都成功地采用了交流变频调速控制的交流电动机。 到了宝钢三期到了宝钢三期15801580热轧、热轧、14201420冷轧、冷轧、15501550冷轧、高速线材冷轧、高速线材等产线，除了等产线，除了15801580热轧部分板坯库辊道和精

13、整线上仍少量采用热轧部分板坯库辊道和精整线上仍少量采用直流电机之外，全部主传动均采用了交流变频调速控制技术。直流电机之外，全部主传动均采用了交流变频调速控制技术。1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流变频控制技术的发展 交流电机传动与直流电机传动系统的比较：交流电机传动与直流电机传动系统的比较：1 1）、交流电机转动惯量小，直流电机受换向条件的限制，电枢结构）、交流电机转动惯量小，直流电机受换向条件的限制，电枢结构必须必须“短而粗短而粗”交流电机可以设计得交流电机可以设计得“细而长细而长”；2 2）、交流电机的调速系统的动态指标可以与直流系统相媲美，有的）、交流电机的调速系统的动态指标可以与

14、直流系统相媲美，有的甚至优于直流系统；甚至优于直流系统；3 3）、交流电机效率高、损耗小，冷却风量少，通风设备容量减少；）、交流电机效率高、损耗小，冷却风量少，通风设备容量减少；4 4）、交流电机可以无刷化，不受安装环境制约，故障少，维护量小）、交流电机可以无刷化，不受安装环境制约，故障少，维护量小，运行可靠；，运行可靠；1.1交流异步感应电机及应用发展演变交流变频控制技术的发展 在大量采用变频控制技术，对普通交流异步感应电机进行速度调在大量采用变频控制技术，对普通交流异步感应电机进行速度调节控制的过程中，出现了部分电机绝缘早期损坏的现象，许多电节控制的过程中，出现了部分电机绝缘早期损坏的现象

15、，许多电机运行寿命往往只有短短的机运行寿命往往只有短短的1 12 2年，严重的甚至只有几个星期的年，严重的甚至只有几个星期的使用寿命。使用寿命。大量的现场实践告诉我们，过去研究发展的采用工频正弦波供电大量的现场实践告诉我们，过去研究发展的采用工频正弦波供电条件下的电机设计理论，已经不能适应于采用变频控制电源进行条件下的电机设计理论，已经不能适应于采用变频控制电源进行驱动的交流异步感应电机的设计、制造和电机的选型了。驱动的交流异步感应电机的设计、制造和电机的选型了。 应用变频电源的交流异步电机面临哪些问题呢？1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 了解变压变频装置 从整体线路结构上看，静止式

16、电力电子变压变频器（从整体线路结构上看，静止式电力电子变压变频器（VVVFVVVF装装置）可以将它们分为交置）可以将它们分为交交和交交和交直直交两大类。其中交交两大类。其中交交变交变压变频器主要应用于大功率交流调速系统，由于它在线路中省去压变频器主要应用于大功率交流调速系统，由于它在线路中省去了中间直流环节，只采用一次变流技术，因此变流效率比较高，了中间直流环节，只采用一次变流技术，因此变流效率比较高，可以方便地实现可以方便地实现象限的工作，低频时装置输出的波形接近正弦象限的工作，低频时装置输出的波形接近正弦波，但是这种变频装置的接线复杂，所使用的功率器件数量多，波，但是这种变频装置的接线复杂

17、，所使用的功率器件数量多，总体讲设备相当庞大。总体讲设备相当庞大。 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 了解变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-交变频主回路原理图了解变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-交变频器 uA相输出波形图了解变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交交- -交变频装置的功率因数低，线路谐波电流分量大交变频装置的功率因数低，线路谐波电流分量大，输出波形频谱复杂，因此必须额外配置滤波和无功补，输出波形频谱复杂，因此必须额外配置滤波和无功补偿设备。这样的装置还受到电网频率和装置变流电路脉偿设备。这样

18、的装置还受到电网频率和装置变流电路脉动数的限制，一般它所输出的电源频率较低，其最高输动数的限制，一般它所输出的电源频率较低，其最高输出频率一般不超过供电电网频率的出频率一般不超过供电电网频率的1/31/31/21/2，所以只能，所以只能用于低转速的交流调速系统，这是制约它使用场合的主用于低转速的交流调速系统，这是制约它使用场合的主要因素。要因素。了解变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 在交在交直直交变压变频器中，从线路中间直流环节交变压变频器中，从线路中间直流环节直流电源性质的不同，这种逆变器又分为电压源型直流电源性质的不同，这种逆变器又分为电压源型（ Voltage S

19、ource Inverters Voltage Source Inverters）和电流源型和电流源型（CSI courrent Source InvertersCSI courrent Source Inverters）两种基本形两种基本形式。式。变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-直-交电压型变频主回路原理图变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-直-交串联二极管电流型变频主回路原理图变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-直-交电压型变频主回路原理图变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 电压源型逆变

20、器属于恒压源，电压控制响应慢，不容易波动，适合做多台电动机同步运行时的公共供电电源使用。而采用电流源型逆变器的系统则与之相反，它不适合使用于多电动机传动系统，但是它可以满足快速起制动和可逆运行的场合。 变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-直-交变频输出电压波形图变压变频装置 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 交-直-交变频输出电流波形图变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 学习过变频装置逆变器的基本线路构成及工作原理学习过变频装置逆变器的基本线路构成及工作原理后，不难理解不论是电压源型逆变器还是电流源型逆后，不难理解不论是电压

21、源型逆变器还是电流源型逆变器，它们所输出的基本波形的基波内都不可避免地变器，它们所输出的基本波形的基波内都不可避免地含有频谱非常丰富的各种高次谐波成份，这些高次谐含有频谱非常丰富的各种高次谐波成份，这些高次谐波对外表现为非正弦性，而且一般频率都高于工频，波对外表现为非正弦性，而且一般频率都高于工频，属于高频部分，那么相对于主要设计时以工频电源为属于高频部分，那么相对于主要设计时以工频电源为基本频率的交流异步感应电机而言它们的影响是非常基本频率的交流异步感应电机而言它们的影响是非常严重的。严重的。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变

22、频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 X X2s2s=2.S.f=2.S.f1 1.L.L2 2 （1-31-3）式中：式中：SS异步电机转差率异步电机转差率f f1 1异步电机供电电源的频率；异步电机供电电源的频率； （这里还应该考虑电源基波所包含的高次谐波成分的频（这里还应该考虑电源基波所包含的高次谐波成分的频率值）率值）L L22异步电机转子回路的漏感；异步电机转子回路的漏感； 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交

23、流异步电机的影响 我们知道对于交流异步感应电机的工作原理它主要建立我们知道对于交流异步感应电机的工作原理它主要建立在电机转子感应磁场与定子旋转磁场的转差率在电机转子感应磁场与定子旋转磁场的转差率“S”S”上，上，也就是说，交流异步感应电机的转子转速与定子空间旋转也就是说，交流异步感应电机的转子转速与定子空间旋转磁场的转速始终存在差异，只有这样转子绕组才可能被定磁场的转速始终存在差异，只有这样转子绕组才可能被定子旋转磁场的磁力线所切割，才可能感应产生感应电动势子旋转磁场的磁力线所切割，才可能感应产生感应电动势和感应电流，从而使电机转子能输出转矩。而转差率是分和感应电流，从而使电机转子能输出转矩。

24、而转差率是分析异步电机运行状态的重要参数之一。析异步电机运行状态的重要参数之一。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 转差率转差率S S直接关系到转子的感应电势的频率、感应电动直接关系到转子的感应电势的频率、感应电动势的幅值及转子电路的功率因数等。它与电机转子绕组的感势的幅值及转子电路的功率因数等。它与电机转子绕组的感抗抗X X22和阻抗和阻抗Z Z2 2的关系也是致关重要的，在一般工频电源供电的关系也是致关重要的，在一般工频电源供电的运行条件下这些

25、漏感和阻抗的数值对于电机运行状态的影的运行条件下这些漏感和阻抗的数值对于电机运行状态的影响，在电机设计时已经加以充分考虑了。但是当供电电源换响，在电机设计时已经加以充分考虑了。但是当供电电源换成含有大量高次谐波成份的变频电源，而且工况条件又是多成含有大量高次谐波成份的变频电源，而且工况条件又是多变的不同参数后，根据计算公式我们不难理解它将造成的影变的不同参数后，根据计算公式我们不难理解它将造成的影响。响。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 T=C

26、T=CT T.I.I2 2.COS.COS2 2 （1-41-4）式中：式中：TT异步电机的电磁转矩；异步电机的电磁转矩；C CT T异步电机转矩常数，由电机的结构参数来决定；异步电机转矩常数，由电机的结构参数来决定； 电机定转子气隙中合成旋转磁场的每极的磁通量，电机定转子气隙中合成旋转磁场的每极的磁通量，Wb;Wb;变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 I I2 2. .和和 COSCOS2 2 又分别为：又分别为： （1-51-5） （1-61-

27、6）从从(1-3)(1-3)式中可知式中可知X X2020 都和都和f f1 1有关，这样有关，这样I I2 2和和COSCOS2 2也必然有影也必然有影响。响。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 上述（1-4）公式说明，三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对

28、普通交流异步电机的影响 公式还揭示了频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；转子漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；同时频率越高，电机的起动转矩越小；频率越高转子漏抗也越大，起动转矩也会越小。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 因此当电机供电电源变成基波成份含有大量高次谐波的变频电源后，因此当电机供电电源变成基波成份含有大量高次谐波的变频电源后，这些非正弦的高次谐波对电机的影响，主要体现在电机磁路中将伴随产这些非正弦的高次谐波对电机的影响，主要

29、体现在电机磁路中将伴随产生谐波磁势和电路中的谐波电流，不同幅值和频率的谐波电流及磁通的生谐波磁势和电路中的谐波电流，不同幅值和频率的谐波电流及磁通的谐波必将引起电动机定、转子漏抗增大，绕组铜耗、铁芯铁耗的增加变谐波必将引起电动机定、转子漏抗增大，绕组铜耗、铁芯铁耗的增加变化，这些损耗都使异步电机的效率和功率因数降低。同时，这些损耗绝化，这些损耗都使异步电机的效率和功率因数降低。同时，这些损耗绝大部分的能量都是转变成热能，引起电机的附加发热，导致普通异步电大部分的能量都是转变成热能，引起电机的附加发热，导致普通异步电机工作温升的增加。据有关资料介绍，机工作温升的增加。据有关资料介绍，如果使用一般

30、普通的交流异步感如果使用一般普通的交流异步感应电机，采取变频电源供电的话，其温升一般要增加应电机，采取变频电源供电的话，其温升一般要增加10%10%20%20%。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 电机在运行的过程中，内部在不断地进行着电磁、磁电的能电机在运行的过程中，内部在不断地进行着电磁、磁电的能量转换，当电源基波内参杂着大量高次谐波后这些谐波成分也必量转换，当电源基波内参杂着大量高次谐波后这些谐波成分也必然参与到这些磁电或电磁能量的转换中去，

31、在频繁的转换过程中然参与到这些磁电或电磁能量的转换中去，在频繁的转换过程中它们必然会产生它们必然会产生一定的一定的影响。影响。 而而谐波磁动势和转子谐波电流合成产生的恒定谐波电磁转矩谐波磁动势和转子谐波电流合成产生的恒定谐波电磁转矩和随谐波脉动的谐波电磁转矩和随谐波脉动的谐波电磁转矩还还将将不可避免地不可避免地带来电机磁场的脉带来电机磁场的脉动，这些脉动磁场是引起电机转矩振动的电磁因素，造成电机转动，这些脉动磁场是引起电机转矩振动的电磁因素，造成电机转速不稳定，（主要发生在低速段，使设备在低速段运转不速不稳定，（主要发生在低速段，使设备在低速段运转不平平稳）稳）。 变频电源对异步电机的影响 1

32、.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 这些脉动磁场这些脉动磁场一方面会造成设备运转的不稳定，甚至影响到一方面会造成设备运转的不稳定，甚至影响到设备设备所所生产的产品质量。同时它对电机的自身结构也具有一定的生产的产品质量。同时它对电机的自身结构也具有一定的破坏作用，其中尤其对轴承的非正常损坏的影响更是不容忽视。破坏作用，其中尤其对轴承的非正常损坏的影响更是不容忽视。这种非正弦的谐波一旦与电机这种非正弦的谐波一旦与电机的的机械、通风等其他因素引起的振机械、通风等其他因素引起的振动或

33、噪声相互干涉，形成各种激振力，当这些振动力的频率与电动或噪声相互干涉，形成各种激振力，当这些振动力的频率与电机部件的机械固有振动频率一致或相接近时机部件的机械固有振动频率一致或相接近时就就会产生谐振，从而会产生谐振，从而加大振动加大振动的的幅值和噪声幅值和噪声的的音量。音量。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 从电路的角度从电路的角度分析分析，我们在应用变频电源供电时，我们在应用变频电源供电时，对于变频对于变频电源基波内所包含的高次谐波对于普通交

34、流异步电机的影响，我电源基波内所包含的高次谐波对于普通交流异步电机的影响，我们还要考虑到电机电路与大地间存在的杂散电容与杂散电感对电们还要考虑到电机电路与大地间存在的杂散电容与杂散电感对电机运行所带来的影响。在工频恒压供电条件下，这些杂散的电容机运行所带来的影响。在工频恒压供电条件下，这些杂散的电容与电感基本可以加以忽略。它们的数值可能微乎其微。但是，当与电感基本可以加以忽略。它们的数值可能微乎其微。但是，当电源内含有频率较高的谐波时，根据计算公式我们可以看到它们电源内含有频率较高的谐波时，根据计算公式我们可以看到它们的作用就不容忽视啦！的作用就不容忽视啦！ 变频电源对异步电机的影响 1.2应

35、用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 根据基本的交流电路的参数计算公式我们知道：根据基本的交流电路的参数计算公式我们知道： 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 尽管现实中杂散电感尽管现实中杂散电感L L和杂散电容和杂散电容 C C的的数数值可能微不足道，值可能微不足道，但当公式中的电源谐波但当公式中的电源谐波f f 的数值是的数值是5050Hz Hz 的几百倍时，的几百倍时，X XL L和和X X

36、C C就可就可能达到不容忽视的数值了，这些杂散电感或电容上感应的电势也能达到不容忽视的数值了，这些杂散电感或电容上感应的电势也就不能被轻易忽视了，它们很可能会形成具有一定破坏就不能被轻易忽视了，它们很可能会形成具有一定破坏作用作用的能的能量了。量了。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 交流异步感应电机是三相负载设备，当电机工作时它的转轴与大地交流异步感应电机是三相负载设备，当电机工作时它的转轴与大地之间，就可能因为逆变电源输出之间，就可能因为逆变

37、电源输出的的电压波形内的高次谐波电压波形内的高次谐波，它们，它们的的du/dtdu/dt或或di/dtdi/dt产生的瞬态电流产生的瞬态电流，通过杂散电容形成对地的低阻抗通路，通过杂散电容形成对地的低阻抗通路，这是因为电容对高频而言是呈低阻抗的。这是因为电容对高频而言是呈低阻抗的。在此杂散电容上感应产生较高在此杂散电容上感应产生较高的对地电压。这个杂散电容的对地电压。这个杂散电容构成构成之一，就是电动机的轴承之一，就是电动机的轴承。而。而轴承中间轴承中间的润滑油脂就是这电容的电介质。加上电机磁路的不的润滑油脂就是这电容的电介质。加上电机磁路的不完全完全对称，产生的对称，产生的环形磁通，切割环形

38、磁通，切割了电机了电机转轴感应产生的交流电压；以及变频器三相输出转轴感应产生的交流电压；以及变频器三相输出电压瞬时值不为零，导致线路中三相中性点不为零，进而产生的共模电电压瞬时值不为零，导致线路中三相中性点不为零，进而产生的共模电压压, ,以及环境静电感应等因素，综合形成了电机转轴到地的电压，也就以及环境静电感应等因素，综合形成了电机转轴到地的电压，也就是轴电压。是轴电压。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 所谓共模电压,是一种零序性质的电压,有

39、的文献中直接称为零序电压。整流电路存在共模电压,逆变电路同样存在。当电机中性点接地时,它就是逆变器输出点与地之间的零序电压值;当电机中性点不接地时,共模电压值还必须在以上基础上,再加上中性点与地之间的电压值。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 共模电压是形成轴电压的主要因素。因此采用变频电源供电共模电压是形成轴电压的主要因素。因此采用变频电源供电的交流异步电机的轴电压往往较工频电源供电的异步电机要大得的交流异步电机的轴电压往往较工频电源供电的异步

40、电机要大得多。电机轴电压的存在必然对电机的轴承造成损害。当轴电压的多。电机轴电压的存在必然对电机的轴承造成损害。当轴电压的幅值超过润滑油脂介质的绝缘强度，幅值超过润滑油脂介质的绝缘强度，油膜油膜介质会被击穿，形成介质会被击穿，形成油油脂的脂的放电，高频高温的电火花放电，高频高温的电火花将将局部烧熔轴承的金属表面，冷却局部烧熔轴承的金属表面，冷却后的后的这些这些熔融点熔融点必然必然形成硬度很高的斑点，这些斑点的存在形成硬度很高的斑点，这些斑点的存在会会引引起在轴承滚珠滚道内高速旋转的滚珠的快速磨损，从而使起在轴承滚珠滚道内高速旋转的滚珠的快速磨损，从而使电机电机轴轴承在很短的时间内非正常烧损。承

41、在很短的时间内非正常烧损。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （1 1）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响）电机电路分析揭示的变频电源对普通交流异步电机的影响 电机轴承因轴电压引起烧损的这个过程在后期，发展的电机轴承因轴电压引起烧损的这个过程在后期，发展的会很快。另外，高温的放电电火花也使轴承的润滑油脂快速会很快。另外，高温的放电电火花也使轴承的润滑油脂快速被高温氧化而失效，这对于电机的轴承来讲更是雪上加霜，被高温氧化而失效，这对于电机的轴承来讲更是雪上加霜，润滑不良的轴承无论如何也难以支撑高速旋转和重的负荷！润滑不良的轴承无论如何也难以支撑

42、高速旋转和重的负荷！变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 运行于变频电源供电环境下的交流异步电机的内部绝运行于变频电源供电环境下的交流异步电机的内部绝缘状况，也随着供电条件的变化产生了许多新的问题。缘状况，也随着供电条件的变化产生了许多新的问题。 所谓电机的绝缘，完整的讲包含了绕组导线的匝间绝缘所谓电机的绝缘，完整的讲包含了绕组导线的匝间绝缘、绕组相间绝缘、绕组对地绝缘（包含绕组槽绝缘，绕组、绕组相间绝缘、绕组对地绝缘（包含绕组槽绝缘，绕组端部对地绝缘、引线对地绝缘）以及绕组的

43、绝缘处理即通端部对地绝缘、引线对地绝缘）以及绕组的绝缘处理即通常所说的常所说的电机整体的电机整体的浸漆处理。浸漆处理。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 变频电源供电环境下的交流异步电机，与工频下运行的交流变频电源供电环境下的交流异步电机，与工频下运行的交流异步电机在电机绕组线圈上的电应力存在两方面的差异：异步电机在电机绕组线圈上的电应力存在两方面的差异： 一是电机绕组上所承受电压的分布是不均匀的，电机定子一是电机绕组上所承受电压的分布是不均匀的，电机定子绕组的首端几匝承担

44、了约绕组的首端几匝承担了约80%80%的过电压的幅值，该位置承受的匝的过电压的幅值，该位置承受的匝间电压超过平均匝间电压的间电压超过平均匝间电压的1010倍以上，因此在实际使用中，往倍以上，因此在实际使用中，往往出现工作于变频电源供电的交流异步电机发生绕组局部绝缘往出现工作于变频电源供电的交流异步电机发生绕组局部绝缘击穿的故障，很多情况下都是击穿的故障，很多情况下都是发生发生于绕组首匝附近的匝间；于绕组首匝附近的匝间； 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 二是作用于绕组线圈的

45、电压（波形、极性、电压的幅值）二是作用于绕组线圈的电压（波形、极性、电压的幅值）在匝间绝缘上的性质有很大的差异，变频电源供电的电机其绝在匝间绝缘上的性质有很大的差异，变频电源供电的电机其绝缘系统比工作于工频正弦电压和电流时要求更高的绝缘强度。缘系统比工作于工频正弦电压和电流时要求更高的绝缘强度。因为它们所承受的电压是正常额定运行电压和逆变器换向时所因为它们所承受的电压是正常额定运行电压和逆变器换向时所产生的尖峰电压的叠加值。尽管是低压电机但是它们实际承受产生的尖峰电压的叠加值。尽管是低压电机但是它们实际承受的过电压会是数倍的工作电压的值。的过电压会是数倍的工作电压的值。 变频电源对异步电机的影

46、响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 由于逆变器往往采用高速开关器件产生上升和下降时间极由于逆变器往往采用高速开关器件产生上升和下降时间极短的开关脉冲波形，一般波形的前后沿上升或下降时间在短的开关脉冲波形，一般波形的前后沿上升或下降时间在2020100100ss，器件开关的频率达到器件开关的频率达到2020KHzKHz。当每个脉冲换向的瞬间，当每个脉冲换向的瞬间，脉冲波形的极性从正，快速地转换成负或从负转换成正，在这脉冲波形的极性从正，快速地转换成负或从负转换成正，在这一时刻，电机的绝缘承受着一个二

47、倍于尖峰电压的冲击过电压一时刻，电机的绝缘承受着一个二倍于尖峰电压的冲击过电压。通常低压电机的工作电压为。通常低压电机的工作电压为380380V V，而该过电压的值却可能达而该过电压的值却可能达到到1.21.21.51.5KvKv。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 交流异步电机绕组绝缘交流异步电机绕组绝缘在这样高的冲击过电压的作用下，在这样高的冲击过电压的作用下，必然使必然使绕组绝缘材料的绕组绝缘材料的绝缘绝缘性能性能加速老化加速老化，导线表面，导线表面产生局部产生局部电

48、晕。强电晕现象对绝缘材料电晕。强电晕现象对绝缘材料的的电化电化学学腐蚀腐蚀，随着电机运行的随着电机运行的延续延续而加剧而加剧，不断危害着电机绝缘系统的可靠性。，不断危害着电机绝缘系统的可靠性。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 目前普通异步电机所使用的聚脂薄膜漆包线，电磁线绝缘漆的表目前普通异步电机所使用的聚脂薄膜漆包线，电磁线绝缘漆的表面在高倍显微镜下可以清晰地看到漆膜表面存在大量微孔，电磁线在面在高倍显微镜下可以清晰地看到漆膜表面存在大量微孔，电磁线在高频电场作用下，绕

49、组匝间会产生表面的局部放电。由于电机采用普高频电场作用下，绕组匝间会产生表面的局部放电。由于电机采用普通绝缘处理工艺所存在的缺陷，致使绕组匝间尤其是绕组端部的匝间通绝缘处理工艺所存在的缺陷，致使绕组匝间尤其是绕组端部的匝间难免存在一些空隙，这些空隙中残存的气体会因为高频电场的作用，难免存在一些空隙，这些空隙中残存的气体会因为高频电场的作用，被电离形成空间电荷，这些空间电荷又会形成一个与外加电场方向相被电离形成空间电荷，这些空间电荷又会形成一个与外加电场方向相反的电场，当谐波电压的极性改变的瞬间，这个反向电场与外加电场反的电场，当谐波电压的极性改变的瞬间，这个反向电场与外加电场的极性一致，两个电

50、场的电压便叠加产生更高的瞬间电压。最终引起的极性一致，两个电场的电压便叠加产生更高的瞬间电压。最终引起绕组绝缘的局部损坏而放电，直至被彻底击穿。而且此时局部放电的绕组绝缘的局部损坏而放电，直至被彻底击穿。而且此时局部放电的部位和数量也会大量增加。更加剧了电机绝缘的损伤。部位和数量也会大量增加。更加剧了电机绝缘的损伤。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 电机绝缘材料的介质损耗所引起的发热也会随着加剧，这也电机绝缘材料的介质损耗所引起的发热也会随着加剧，这也是使电机绝缘受损的重要

51、因素之一。任何材料的绝缘性能与之是使电机绝缘受损的重要因素之一。任何材料的绝缘性能与之所承受电压高低、材料介质的绝缘强度有关，当作用在绝缘材所承受电压高低、材料介质的绝缘强度有关，当作用在绝缘材料上的电压强度，超过材料的绝缘临界值时，绝缘材料的介质料上的电压强度，超过材料的绝缘临界值时，绝缘材料的介质损耗迅速增加，当电机绕组匝间发生局部放电时，会使绝缘材损耗迅速增加，当电机绕组匝间发生局部放电时，会使绝缘材料中分布电容所储存的电能转变为热能、辐射能、机械和化学料中分布电容所储存的电能转变为热能、辐射能、机械和化学能，从而使整个绝缘系统的绝缘性能迅速劣化，绝缘材料的耐能，从而使整个绝缘系统的绝缘

52、性能迅速劣化，绝缘材料的耐压值降低，最终导致绝缘系统的崩溃，被击穿！压值降低，最终导致绝缘系统的崩溃，被击穿！变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 当普通交流异步电机工作于变频电源供电的环境下，由于上述局当普通交流异步电机工作于变频电源供电的环境下，由于上述局部放电、绝缘材料介质损耗的增大发热、空间电荷的叠加等诸多部放电、绝缘材料介质损耗的增大发热、空间电荷的叠加等诸多因素的共同作用下往往引起电机绕组电磁线及电机绝缘材料的早因素的共同作用下往往引起电机绕组电磁线及电机绝缘材料的

53、早期损坏。期损坏。研究证明对于工作于变频电源供电的电机在绝缘性能上要求：研究证明对于工作于变频电源供电的电机在绝缘性能上要求：a.a.良好的耐冲击电压性能；良好的耐冲击电压性能；b.b.良好的耐局部放电性能；良好的耐局部放电性能；c.c.良好的耐热、耐老化性能。良好的耐热、耐老化性能。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （2 2）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响）变频电源对普通交流异步电机绝缘的影响 目前国内交流异步电机所使用的电磁线及相应的电机匝目前国内交流异步电机所使用的电磁线及相应的电机匝间、相间及对地的绝缘材料与国外相比还存在较大的差间、相间及对地

54、的绝缘材料与国外相比还存在较大的差距。主要是电磁线的耐电晕和抗脉冲冲击电压的性能还距。主要是电磁线的耐电晕和抗脉冲冲击电压的性能还没有引起人们足够的重视，相关的行业标准还不健全，没有引起人们足够的重视，相关的行业标准还不健全，对于用户而言必须对此有足够的认识。对于用户而言必须对此有足够的认识。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 在使用工频供电的环境条件下，对于连接交流异步电机在使用工频供电的环境条件下，对于连接交流异步电机的供电电缆一般强调的是电缆的耐压和

55、载流截面问题，的供电电缆一般强调的是电缆的耐压和载流截面问题，并不要求电缆的阻抗必须与供电电源的输出阻抗相匹配并不要求电缆的阻抗必须与供电电源的输出阻抗相匹配。但是在采用变频器供电的环境下，对于连接电机的电。但是在采用变频器供电的环境下，对于连接电机的电缆，除了必须满足一定的耐压和载流截面条件外，电缆缆，除了必须满足一定的耐压和载流截面条件外，电缆与变频器输出阻抗的匹配也很重要。与变频器输出阻抗的匹配也很重要。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 由于变频

56、电源的基波为开关频率很高的脉冲波形，传由于变频电源的基波为开关频率很高的脉冲波形，传输电缆线路中的杂散的电容和电感量就不能被忽略，在输电缆线路中的杂散的电容和电感量就不能被忽略，在工频电源供电的情况下，传输信号的频率低，线路上的工频电源供电的情况下，传输信号的频率低，线路上的杂散电容和电感并不会对传输信号造成影响。当传输信杂散电容和电感并不会对传输信号造成影响。当传输信号内包含有高频成分后，线路的阻抗包括负载的阻抗就号内包含有高频成分后，线路的阻抗包括负载的阻抗就对传输信号带来很大的影响，其程度取决于电缆的长度对传输信号带来很大的影响，其程度取决于电缆的长度、传输信号内含高频成分频率的高低等参

57、数。、传输信号内含高频成分频率的高低等参数。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 当快速上升或下降的电压从电源端通过电缆输送到电机当快速上升或下降的电压从电源端通过电缆输送到电机端，如果两者之间的阻抗不匹配，电源端的能量不能被负载端，如果两者之间的阻抗不匹配，电源端的能量不能被负载端完全接收并消耗，多余的能量将沿电缆产生一个反射波，端完全接收并消耗，多余的能量将沿电缆产生一个反射波，这反射波返回电源端，由于它的快速变化率，因此会在电源这反射波返回电源端，由

58、于它的快速变化率，因此会在电源侧再感应出另一个由电缆和变频器阻抗不匹配而产生的反射侧再感应出另一个由电缆和变频器阻抗不匹配而产生的反射波再叠加在原始电压波上，从而使电机供电的电压波前沿产波再叠加在原始电压波上，从而使电机供电的电压波前沿产生一个很高的尖峰电压。而此尖峰电压的幅值大小取决于脉生一个很高的尖峰电压。而此尖峰电压的幅值大小取决于脉冲电压的上升时间及电缆的长度。冲电压的上升时间及电缆的长度。 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 而这个过电压并不是均

59、匀地分布到电机绕组的两端，其而这个过电压并不是均匀地分布到电机绕组的两端，其中中80%80%的电压主要集中在绕组的进线端，过电压的幅值到绕组的电压主要集中在绕组的进线端，过电压的幅值到绕组里面后就快速地被衰减掉，因此，对于绕组的端口处的耐压里面后就快速地被衰减掉，因此，对于绕组的端口处的耐压威胁极大，而绕组内却并不会有太大的影响威胁极大，而绕组内却并不会有太大的影响。变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 正弦波与正弦波与PWMPWM脉冲波叠加合成冲击电压水平

60、示意脉冲波叠加合成冲击电压水平示意 变频电源对异步电机的影响 1.2应用变频电源的交流异步电机面临的问题 （3 3）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题：）变频电源供电的交流异步电机使用中需注意的问题： 所谓的线路阻抗匹配主要强调的是：电源侧的输出阻抗与负载所谓的线路阻抗匹配主要强调的是：电源侧的输出阻抗与负载电机侧的阻抗要相当，这样电源侧的输出功率才能最大限度地输电机侧的阻抗要相当，这样电源侧的输出功率才能最大限度地输送给负载，也避免了在电缆上产生反射波叠加的过电压危害。所送给负载，也避免了在电缆上产生反射波叠加的过电压危害。所以连接变频电源与执行电机的电缆的长度是有要求的。不能随意