一起电机绕组烧毁原因分析

陶小永，陈 晟

（中海石油化学股份有限公司电仪部，海南东方 572600）

1 概述

化肥二期511J风机作为影响装置系统稳定运行的关键性设备，如果频繁出现故障，后果不堪设想。2011年化肥二部对该电机进行节能变频改造。由于该电机为非变频电机，改造后电机运行一直存在本体温度过高现象。

2 原因分析

1）从变频电机的特性上来看，一般情况下普通电机无法代替变频电机使用，由于511J电机为普通电机，其制造工艺技术及绝缘材料、耐压等级等无法和专用变频电机相比，因此使用普通电机代替变频电机势必存在一定温升现象。

2）变频器谐波产生的主要原因是变频器逆变输出回路中的输出电流信号由PWM载波信号调制，由于IGBT大功率逆变元件PWM最高载频可达15kHz，且在高速通断下会产生高次谐波电流，主要体现于电机产生谐波转矩，该转矩若和机械部分固有频率一致则极易出现共振放大现象，电机将产生明显的振动，还会导致电机在运行时发出特殊的啸叫声。

从图1可以看出，上侧图型为电流输出波形整体近似正弦波，若将波形放大来看能看见在峰值附近存在尖刺状图像，即为谐波。下侧图形则是电压输出波形，呈矩形分布。

图1 变频输出电压电流

从图2看出，变频器输出电压波形为宽度处于变化之中的方波，即脉宽调制波，由于电机绕组具有平波功能，在绕组过滤载波后就只剩下近似正弦波的调制波输出满足条件。

图2 变频电压输出波形

3）511 J改造期间并未安装输出滤波器。输出滤波器主要作用就是过滤由变频器整流逆变产生的高次谐波，高次谐波对负载最直观的影响是使电动机铜损和铁损增加，温度上升。同时谐波电流会改变电磁转距，产生振动力矩，使电动机发生周期性转速变动，影响输出效率，并发出噪声。从波形上分析就是使图一中正弦波线上的尖刺状变得平滑。

2.1 其他原因

（1）电缆长度。由于变频器的自身输出特性和电缆分布电容的耦合作用，容易使得过长的电缆内产生的浪涌电压叠加至输出电压上，造成过压或者过流，导致误动作甚至模块烧坏，限制了变频器的输出距离。ACS800型变频器电力输出电缆长度在300m以下能满足运行要求，无需额外增加电抗器等滤波设备。实际511J电机距离变电所不到150M，因此电缆长度对电机正常运行不存在影响。

（2）环境。511J电机在露天环境运行，长期处于高温暴晒，温度较其他电机可多上升5～8℃。

3 解决方案

1）更换相同功率的变频电机。非变频电机换成变频电机比较容易实施，另需要对专用冷却风扇接独立电源，保证在变频范围内电机制冷风量的稳定。

2）消除变频器产生的高次谐波。方法包括：隔离、抑制、屏蔽、合理布线及接地。

3）选择合适的变频器。确认负载类型，不同负载对应选择不同类型的变频器。不同负载运行情况不同，型号选择需要慎重考虑，例如污水排气鼓风机就需要将变频器容量提高20%～30%；部分特殊电机同规格前提下比一般电机额定电流要高，变频器选型需提高一档。确定变频电机的部分参数，比如：额定电压、电流、频率、转速、功率。通过电机参数选择匹配的变频器，选型要求大于负载最大工作电流。

4）现场电机距离变频器如果超过规定范围，使得动力电缆过长，就必须考虑电缆可能产生的耦合电容充放电引起浪涌电压过高导致过流和模块烧毁，需加装输出电抗器，电抗器选型同样需要针对不同变频器载波而定。若变频负载总容量大于电力变压器的10%容量，则会对系统电网造成较严重的影响，必须考虑加装输入电抗器。

4 结论

综上所述，本次电机烧毁的主要原因可以确定为两点：一是非变频电机当成变频电机来使用，二是由于变频器输出侧产生的高次谐波未消除，导致电机温度明显上升最终造成电机绝缘击穿；更换变频电机或加装输出电抗器均可解决电机发热甚至烧毁的问题。