一起電機繞組燒毀原因分析

陶小永，陳 晟

（中海石油化學股份有限公司電儀部，海南東方 572600）

1 概述

化肥二期511J風機作為影響裝置系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵性設(shè)備，如果頻繁出現(xiàn)故障，后果不堪設(shè)想。2011年化肥二部對該電機進行節(jié)能變頻改造。由于該電機為非變頻電機，改造后電機運行一直存在本體溫度過高現(xiàn)象。

2 原因分析

1）從變頻電機的特性上來看，一般情況下普通電機無法代替變頻電機使用，由于511J電機為普通電機，其制造工藝技術(shù)及絕緣材料、耐壓等級等無法和專用變頻電機相比，因此使用普通電機代替變頻電機勢必存在一定溫升現(xiàn)象。

2）變頻器諧波產(chǎn)生的主要原因是變頻器逆變輸出回路中的輸出電流信號由PWM載波信號調(diào)制，由于IGBT大功率逆變元件PWM最高載頻可達15kHz，且在高速通斷下會產(chǎn)生高次諧波電流，主要體現(xiàn)于電機產(chǎn)生諧波轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩若和機械部分固有頻率一致則極易出現(xiàn)共振放大現(xiàn)象，電機將產(chǎn)生明顯的振動，還會導致電機在運行時發(fā)出特殊的嘯叫聲。

從圖1可以看出，上側(cè)圖型為電流輸出波形整體近似正弦波，若將波形放大來看能看見在峰值附近存在尖刺狀圖像，即為諧波。下側(cè)圖形則是電壓輸出波形，呈矩形分布。

圖1 變頻輸出電壓電流

從圖2看出，變頻器輸出電壓波形為寬度處于變化之中的方波，即脈寬調(diào)制波，由于電機繞組具有平波功能，在繞組過濾載波后就只剩下近似正弦波的調(diào)制波輸出滿足條件。

圖2 變頻電壓輸出波形

3）511 J改造期間并未安裝輸出濾波器。輸出濾波器主要作用就是過濾由變頻器整流逆變產(chǎn)生的高次諧波，高次諧波對負載最直觀的影響是使電動機銅損和鐵損增加，溫度上升。同時諧波電流會改變電磁轉(zhuǎn)距，產(chǎn)生振動力矩，使電動機發(fā)生周期性轉(zhuǎn)速變動，影響輸出效率，并發(fā)出噪聲。從波形上分析就是使圖一中正弦波線上的尖刺狀變得平滑。

2.1 其他原因

（1）電纜長度。由于變頻器的自身輸出特性和電纜分布電容的耦合作用，容易使得過長的電纜內(nèi)產(chǎn)生的浪涌電壓疊加至輸出電壓上，造成過壓或者過流，導致誤動作甚至模塊燒壞，限制了變頻器的輸出距離。ACS800型變頻器電力輸出電纜長度在300m以下能滿足運行要求，無需額外增加電抗器等濾波設(shè)備。實際511J電機距離變電所不到150M，因此電纜長度對電機正常運行不存在影響。

（2）環(huán)境。511J電機在露天環(huán)境運行，長期處于高溫暴曬，溫度較其他電機可多上升5～8℃。

3 解決方案

1）更換相同功率的變頻電機。非變頻電機換成變頻電機比較容易實施，另需要對專用冷卻風扇接獨立電源，保證在變頻范圍內(nèi)電機制冷風量的穩(wěn)定。

2）消除變頻器產(chǎn)生的高次諧波。方法包括：隔離、抑制、屏蔽、合理布線及接地。

3）選擇合適的變頻器。確認負載類型，不同負載對應選擇不同類型的變頻器。不同負載運行情況不同，型號選擇需要慎重考慮，例如污水排氣鼓風機就需要將變頻器容量提高20%～30%；部分特殊電機同規(guī)格前提下比一般電機額定電流要高，變頻器選型需提高一檔。確定變頻電機的部分參數(shù)，比如：額定電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速、功率。通過電機參數(shù)選擇匹配的變頻器，選型要求大于負載最大工作電流。

4）現(xiàn)場電機距離變頻器如果超過規(guī)定范圍，使得動力電纜過長，就必須考慮電纜可能產(chǎn)生的耦合電容充放電引起浪涌電壓過高導致過流和模塊燒毀，需加裝輸出電抗器，電抗器選型同樣需要針對不同變頻器載波而定。若變頻負載總?cè)萘看笥陔娏ψ儔浩鞯?0%容量，則會對系統(tǒng)電網(wǎng)造成較嚴重的影響，必須考慮加裝輸入電抗器。

4 結(jié)論

綜上所述，本次電機燒毀的主要原因可以確定為兩點：一是非變頻電機當成變頻電機來使用，二是由于變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生的高次諧波未消除，導致電機溫度明顯上升最終造成電機絕緣擊穿；更換變頻電機或加裝輸出電抗器均可解決電機發(fā)熱甚至燒毀的問題。