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變頻空壓機的變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻空壓機逐漸成為市場上的主流產品，變頻器也得到了非常廣泛的應用。但是，變頻器大量應用隨之帶來的危害我們也不能忽視。對電機領域來說，變頻器在一定程度上，對電機的正常使用可能會帶來損傷，影響正常的工況運行。
變頻器的廣泛應用
把變頻器應用的行業分成兩個集群：項目型和OEM型。從市場的規模看，項目和OEM接近持平，但是其應用的變頻器還是有很大不同的。項目市場可以劃分為兩塊，一為常規的風機泵類市場，各個工業的公用工程都歸屬到這一塊。另外，就是較為特殊的傳動應用，譬如鋼鐵中的軋制環節等，其要求是高于常規的風機泵要求的，是較為高端的一塊。項目市場在經濟危機中受到的影響相對較小。國家推行投資計劃后，受益會較多，預計會較快恢復。OEM主要指機械類市場。這部分市場受到經濟形勢的影響較大，增長緩慢。并且在短期內恢復困難。
高壓變頻器主要針對項目型市場，應用廣泛，在各行各業均有涉及。根據相關資料顯示，中低壓變頻器在項目型市場和OEM市場上均有應用，項目型市場變頻器市場規模占變頻器市場的48.2%，其中化工、冶金業績更為突出，占項目型市場變頻器的32.3%，占變頻器整體市場的15.6%。OEM市場變頻器市場規模占低壓變頻器市場的51.8%，其中紡織機械、電梯、起重業績更為突出，占OEM市場變頻器的52.7%，占低壓變頻器整體市場的27.3%。
變頻器節能改造效果明顯，但是變頻器的諧波污染問題已經成為目前較為嚴重的問題。不同企業在變頻器的應用過程中遇到的問題不一樣，總結來看，諧波主要會對以下設備造成危害，需安裝電抗器等濾波裝置來解決諧波問題，也為銅應用帶來了機會。
a) 變壓器：電流諧波將增加銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間的共振，及引起鐵心磁通飽和或歪斜，而產生噪聲。
b) 電動機：輸出諧波對電動機的影響主要有，引起電動機附加發熱，導致電動機的額外溫升，電動機往往要降額使用，由于輸出波形失真，增加電動機的重復峰值電壓，影響電動機的絕緣，諧波還會引起電動機轉矩脈動，以及噪聲增加。
c) 電力電容器組：一般電容器的標準規范，規定其更大電流只允許35%的超載，但實際運轉時，由于諧波的影響，以致常發生嚴重過載。由于電容器之阻抗，隨頻率的增加而減少，故諧波產生時，電容器即成為一陷流點，流入大量電流，因而導致過熱、增加介電質的應力，甚至損壞電力電容器。當電容器與線路阻抗達到共振條件時，會發生振動短路、過電流及產生噪聲。
d) 開關設備：由于諧波電流的存在，開關設備在起動瞬間產生很高di/dt的電流變化率，致使增加暫態恢復電壓的峰值，以致破壞絕緣。
e) 保護電器：電流中含有諧波，必產生額外的轉矩，改變電器的動作特性，以致引起誤動作。
f) 計量儀表：電能表等計量儀表，因諧波而會造成感應轉盤產生額外的電磁轉矩，引起誤差，降低精確度。
g) 電力電子設備：在多種場合，電子設備常會產生諧波的電流源，且很容易感受諧波失真而誤動作。
其它還有如照明設備、通信設備、電腦設備、載頻遙控設備等都容易受諧波的干擾而影響其正常的工作或減少其使用壽命。
變頻器對電機的影響案例
國外某客戶向某電機廠反映電機出現問題：
1.電機定子有兩相對地;
2.定轉子擦心，轉子外圓損壞;
3.軸承室測量超差，軸承室損壞。
經過電機生產企業調查：
(1)定子兩相對地，定子燒毀。
從客戶提供的照片看，定轉子有明顯的的摩擦痕跡;定子出線根部嚴重發黑且有部分銅線裸露。得出初步結論：定轉子擦心導致的定子兩相繞組燒毀。燒毀瞬間產生的大電流大熱量導致定子出線受損嚴重。
(2)軸承損壞及轉子掃膛分析。
由于前端軸承損壞，勢必在前端軸承處形成一個低點，造成轉子前低后高的形式，同時由于后端軸承沒有損壞，使前端軸承的低點成為了一個支點(這也可以解釋軸承內套的黑色燒蝕痕跡)，后端軸承在不平衡的支點運動，導致軸承外套與軸承腔室摩擦。摩擦導致軸承室破壞后，形成了放大的圓錐軌跡的轉子轉動過程，轉子與定子接觸導致燒毀。
客戶提供的軸承照片可明顯看出軸承保持架間隙已經發生變化，說明軸承滾動體已經嚴重損壞，軸承內圈明顯發黑，說明軸承并非因外套間隙而導致的軸承損壞。
分析如下：
(1)軸承因變頻諧波電流過大，導致軸電流過大從而使軸承電蝕，造成軸承滑動運行，拖動軸承外套進行摩擦運動，導致軸承室變形。所以內套的燒蝕程度嚴重于外套。
(2)電機承受了超出深溝球軸承所能夠接受的徑向重載荷，致使軸承外套發生拖動位移，從而造成軸承損傷。
鑒定結論是：非軸承端軸承燒毀為直接原因，造成軸承保持架嚴重損壞，轉子失去支撐平衡后，導致轉子與定子互相摩擦后，定子燒毀。而軸承燒毀的原因：因發生于非軸伸端，屬非載荷部位，可能是客戶保養維護、變頻使用造成電機軸電流過大所致。所以，該電機并非制造質量問題。
從另一個角度來解釋，假設是電機產品質量問題，則會出現以下幾種情況：
a)如因制造質量原因導致軸承室超差，軸承是無法堅持運轉14個月這么長的周期;
b)出線處的漏銅現象，應當為電機燒毀時瞬間的巨大電流沖擊，造成絕緣層的破損。
c)定轉子間隙在1.5mm左右，如因軸承室超差40μm的間隙是不足以導致定轉子擦心的。
變頻器的諧波影響在實際過程中可能會對電機等設備造成損傷，甚至帶來更加嚴重的影響，這是不能忽視的問題。因此，是否進行變頻器的節能改造應根據實際工況具體考慮，對于已經應用的變頻器，也要考慮諧波治理問題，需要加裝包括濾波器、電抗器等裝置，保證其他設備的正常運行。
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作者:德耐爾@德耐爾空壓機 空壓機修訂日期：2019-09-10
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