探讨变频电机维修技术的应用

探讨变频电机维修技术的应用

周建华

（郑州市固体废弃物综合处理中心河南省郑州市450000）

摘要：变频电机是一种具有标定容许值的电机，在标准环境下，电机的额定负载是100%，额定速度范围在10%~100%之间，并且属于连续运行状态。现代信息科技的发展促进新型半导体器件和电力电子技术研究的进步，变频电机在不同领域应用广泛，因而关于变频电机维修和养护技术也应有所提高。本篇文章在此基础上，主要对变频电机维修技术的应用进行研究与分析。

关键词：变频电机；维修；技术；方法；应用；分析

变频电机在使用中具有节约能耗的作用，因而在大、中、小型轧钢或辊道驱动设备中应用广泛，其性能优良、且工作效率高，在未来工业生产发展中，具有代替直流调速转动的实力。

一、变频电机构造和工作原理

变频电机在水泵、压缩机、电梯电机、家用电器用电机和起重电机中的应用效果显著，交流变频调速优点明显。变频电机的电动机异步转速同时频率成正比关系，前提条件是转差率变化不大，要改变异步电动机转速需要同时改变电源频率，变频调速过程中应尽量保持主磁不变。电机变频系统采用V/F控制居多，这种类型的变频控制系统具有制作简单和结构简单的特点，单是这也属于开环控制系统的一种，满足电机平滑变速需求的同时，静态和动态调节性具有一定局限性，因而还需要借助闭环控制系统进行中和调节。需要使用到变频电机的污水处理设备包括罗茨风机和射流泵等，前者属于容积式风机，当两个叶形轮子在气缸内运动、输送气体，可以用于污水处理曝气和水产养殖增氧等；后者则是利用喉管、喷嘴和扩散管等部件实现工作流体质量和能源的传送。还有一种用到变频器的污水处理设备是深水泵，属于深井潜水泵的一种，由于这些设备在污水处理中运用到变频电机，使用具有平衡量高和通风散热强制的特点。同时变频电机节能且调速简单，交流电机结构复杂度不高，惯量小、体积小且造价低，在实际应用中能够同时实现快速制动和软启动，要实现高电压运行或高转速需要扩大电机容量。[1]

二、变频电机出现故障问题类型及原因

（一）绝缘老化问题

变频电机在使用中，变频电源供电主要采用的是PWH，这可以使变频电机在比较低的电压和频率下仍能够保证较快的制动，当无冲击电流影响时，变频器可以提供不同的方式帮助电机制度。但是在电机起动和制动过于频繁时，电机绝缘受到交变应力循环作用，会加速电机绝缘的老化。一般类型的异步电机在遇到机械传动和电磁激振力影响时，电机振动问题会变得更加复杂，这主要是因为变频电机电源中含有不同的时间谐波，在与其他电磁部分中既有的空间谐波会相互干涉，继而会形成各种不同的电磁激振力。变频电机在工作运行中频率范围广，转速的变化性大，当机械部分既有的固定频率与其形成统一时，共振明显。机械振动和电磁激振力共同作用，电机绝缘循环交变应力频繁作用，加速绝缘老化。

（二）绝缘漆损坏问题

变频电机采用的变频电源是PWM，电机的变频端子处会产生振荡电压幅值增加的现象，变频电机的相绝缘、绝缘漆和主绝缘部分会受到更大强度的电场作用。在测试实践中发现，变频器输出端的电缆长度、开关频率和电压上升时间在综合作用中，端处电压的峰值甚至可以超过三千伏。除此之外，变频电机在绕组匝间出现局部放电问题时，绝缘中电容储存分布的电能会转变为化学能、辐射能、热能和机械能等，这些均会导致全部绝缘系统处于劣化状态，当击穿绝缘的电压突然降低，绝缘系统会被全体击穿。绝缘漆出现损坏的原因还包括脉宽调制控制方式存在不当。脉宽调控中出现操作问题，电机绕组局部放电，会与离子产生撞击，产生高热导致绝缘物质中的高裂物裂解，放电过程中还有臭氧等物质产生，这些也会导致变频电机中的绝缘材料在化学反应中出现性能老化、劣化等问题。

（三）电磁线损坏问题

目前变频电机主要使用PWM和IGBT实现电机交流调速和控制变频器，其功率一般保持在0.75~500kW之间。增加变频电机电线长度时，电线的二端会有过电压产生，电缆长度增加的同时，过电压的幅值也会相应的增加，并且在幅值递增中趋向于饱和状态。在实践中发现过电压一般在下降和上升沿处产生，振荡衰减明显，并且衰减作用有一定的规律性，电缆长度增加的同时，其振荡周期也会相应增加。全幅电压在作用时，绕组匝间会有局部放电现象产生，电离作用导致气隙空间电荷产生，与外加电场形成一个反向的感应场。改变电压极性时，外加电场与反向电场方向统一，继而产生一个更高电场，局部放电增加，导致最终击穿。绕组匝间前二匝在驱动电流上升时间小于0.1微妙时，自身会加上80%的电势，电冲击强度随电流上升时间减少而增大，匝间绝缘寿命因此而缩短。

三、变频电机维修技术应用及改进

（一）选用耐电绝缘和包线

变频电机在使用中大多因为电流冲击导致绝缘老化和损坏，针对这种情况，可以在电机检修中更换使用耐电性能较好的槽绝缘和晕漆包线，H级和F级变频电机一般使用QZY系列的漆包线比较好。这种类型的漆包线属于化工材料，具有良好的屏蔽性能，在漆基高分子聚缩反应中能够参与作用，并在参与过程中形成一层漆膜，能够化解和分散高频脉冲电压，使漆膜能够提高耐电晕性能。对于槽绝缘材料可以选用新型的云母槽绝缘体，在绝缘材料中加入云母也可以提高耐电晕性能。绝缘相间可以选择使用聚酯绒布性质的产品，这类产品的表面会贴有一层聚酯绒布，具有很强的树脂吸收作用，能够有效粘结导线和绝缘。

（二）真空浸漆的使用

变频电机的绝缘体内会有一定的气隙，对局部电晕放电影响较大，因而可选用合格的真空浸漆材料，材料种类是使用无溶剂完成浸渍的树脂，具有聚酯和低挥发的特点。这种真空浸漆能够增强漆线的固化能力，总体固化速度快，同时固化过程中产生的挥发物浓度一般小于5%。浸漆箱在制作过程中需要采用合理的沉浸工艺，在驱除气泡的同时，要保证内部的气隙被填充，绕组内部气隙全部无遗留的情况下才能够进一步促进树脂的渗透到位，电流加热干燥可以使用红外线，具有增强耐污、耐热的作用，同时也能使机械强度和绕组电气提高。要进一步避免轴电流的影响，可以增加设置电机温升和滤波器，其中滤波器的加装是为了降低谐波。轴承绝缘中，可以在轴承外圈和内圈表面喷涂离子，也可以在端盖和滚动轴承之间增加设置绝缘垫圈。

（三）机械强度和振动控制

变频电机在使用过程中要使用具有一定抗电晕性的电磁线，外薄膜和漆膜也要有抗电晕的能力，采用的绝缘需要降低绕组气隙，同时在电机维修中还要采用必要手段控制内部机械强度和振动频率。性能优良的绝缘能够控制电机的温升，其散热性也能够进一步保障，但是在维修中，电机绝缘结构刚性和机械强度需要强化，因而需要绕制出实用的绝缘结构，起到工况起止频繁控制，保证电机高频振动下仍能保持较好的性能。关于电机轴承变频，需要集中考虑到电机的使用环境和轴承的形式。不同材料和处理方式的选用应当灵活，否则轴电流现象难以降到最低。[2]

结语

变频电机是一种具有标定容许值的电机，在标准环境下，电机的额定负载是100%，额定速度范围在10%~100%之间，并且属于连续运行状态。变频电机的使用效率高，但是在高负荷运转中也会出现问题，包括轴承损坏和电机绝缘损伤等，针对这些需要积极提高变频电机维修技术。

参考文献：

[1]韩荟瑾.变频电机修理技术的探讨与应用[J].青岛理工大学学报，2015，（03）：100-102+107.

[2]王鹏，周凯，吴广宁.变频电机绝缘的局部放电检测技术[J].高电压技术，2014，（02）：519-525.