西门子6ES7211-0AA23-0XB0工厂直销

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变频器的出现为工业自动化控制、电机节能带来了革新。工业生产中几乎离不开变频器，即使在日常生活中，电梯、变频空调也成为不可缺少的部分，变频器已经开始渗入到生产、生活的各个角落。然而，变频器也带来了许多**的困扰，其中损伤电机就是较典型的现象之一。

很多人已经发现了变频器对电机损伤的现象。例如，某水泵厂，近两年来，他的用户频繁报告水泵在保修期内发生损坏的现象。而过去，这个水泵厂的产品质量十分可靠。经过调查，发现这些损坏的水泵都是用变频器驱动的。

尽管变频器损伤电机的现象越来越被人们所关注，但是人们对造成这种现象的机理还不清楚，更不知道如何来预防。分享本文的目的是解决这些困惑。

变频器对电机的损伤

变频器对电机的损伤包括两个方面，定子绕组的损伤和轴承的损伤，如下图所示。这种损伤一般发生在几周至十几个月内，具体时间与变频器的品牌、电机的品牌、电机的功率、变频器的载波频率、变频器与电机之间的电缆长度、环境温度等诸多因素有关。电机的早期意外损坏给企业的生产带来巨大的经济损失。这种损失不仅是电机维修和更换带来的费用，更主要的是意外停产带来的经济损失。因此，在使用变频器驱动电机时，必须对电机损伤的问题有足够的重视

载波频率对绝缘的影响

电机的温度越高，绝缘的寿命越短，如图5所示，当温度升高到75?c时，电机的寿命只有50%。变频器驱动的电机，由于pwm电压包含较多的高频成份，电机温度会远**工频电压驱动的情况。

变频器损伤电机轴承的机理

变频器损伤电机轴承的原因是，有流过轴承的电流，并且这种电流处于断续连通的状态，断续连通的电路会产生电弧，电弧烧毁了轴承。

导致交流电机的轴承中流过电流的原因主要有两个，**，内部电磁场不平衡产生的感应电压，*二，杂散电容引起的高频电流通路。

理想交流感应电机内部的磁场是对称的，当三相绕组的电流相等，并且相位相差120?时，不会在电机的轴杆上感应出电压。变频器输出的pwm电压导致电机内部的磁场不对称时，就会在轴杆上感应出电压，电压的幅度在10~30v，这与驱动电压有关，驱动电压越高，轴杆上的电压越高。

当这个电压的数值**过轴承中的润滑油的绝缘强度时，就会形成一个电流通路。轴杆旋转过程中，在某个时刻，润滑油的绝缘又阻断了电流。这个过程类似于机械式开关的通断过程，这个过程中会产生电弧，烧蚀轴杆、滚珠、轴碗的表面，形成凹坑。如果没有外部振动，小凹坑不会产生过大的影响，但是如果有外部振动时，会产生凹槽，这对电机的运转影响很大。

另外，实验表明，轴杆上的电压还与变频器输出电压的基波频率有关，基波频率越低，轴杆上的电压越高，轴承损伤越严重。

在马达工作的初期，润滑油温度较低的时候，电流幅度在5-200ma，这么小的电流不会对轴承产生任何损坏。但是，当马达运行一段时间后，随着润滑油温度升高，峰值电流会达到5-10a，这会产生飞弧，在轴承部件的表面形成小坑。

电机定子绕组的保护

当电缆的长度**过30米时，现代变频器必然会在电机端产生尖峰电压，缩短电机的寿命。防止电机出现损伤，有两个思路，一个是采用绕组绝缘抗电强度更高的电机（一般称为变频电机），另一个是采取措施减小尖峰电压。**种措施适合于新建的项目，后一种措施适合于对已有的电机进行改造。

目前常用的电机保护方法有以下4个：

①在变频器的输出端安装电抗器：这个措施较常用，但是需要注意的是，这个方法对于较短的电缆（30米以下）有一定效果，但是有时效果不够理想，如图6(c)所示；

②在变频器的输出端安装dv/dt滤波器：这个措施适用于电缆长度小于300米的场合，价格略**电抗器，但是效果有了明显的改善，如图6(d)所示；

③在变频器的输出端安装正弦波滤波器：这个措施是较理想的。因为在这里，将pwm脉冲电压变成了正弦波电压，是电机工作在与工频电压相同的条件下，尖峰电压的问题得到了彻底的解决（电缆再长，也不会出现尖峰电压了）；

④在电缆与电机接口的位置安装尖峰电压吸收器：几个措施的缺点是当电机的功率较大时，电抗器或滤波器的体积、重量很大，价格较高，另外，电抗器和滤波器都会导致一定的电压降，影响电机的输出力矩，采用变频器尖峰电压吸收器能够克服这些缺点。**科工集团二院706所开发的sva尖峰电压吸收器，采用先进的电力电子技术和智能控制技术，是解决电机损伤的理想设备。另外，sva尖峰吸收器还能保护电机的轴承。

尖峰电压吸收器是一种新型的电机保护装置，如图7所示（**科工集团的sva型号）。并联连接电机的电源输入端。

sva尖峰电压吸收器的原理框图如图8所示，它的工作过程如下：

①尖峰电压检测电路实时检测电机电源线上的电压幅度；

②当检测到电压的幅度**过设定的阈值时，控制尖峰能量缓冲电路，使其吸收尖峰电压的能量；

③当尖峰电压的能量充满尖峰能量缓冲器时，尖峰能量吸收控制阀门打开，使缓冲器中的尖峰能量泄放到尖峰能量吸收器，将电能转变成热能；

④温度监控器监测尖峰能量吸收器的温度，当温度过高时，适当关闭尖峰能量吸收控制阀门，减小能量的吸收（在保电机受到保护的前提下），避免尖峰电压吸收器过热而损坏；

④温度监控器监测尖峰能量吸收器的温度，当温度过高时，适当关闭尖峰能量吸收控制阀门，减小能量的吸收（在保电机受到保护的前提下），避免尖峰电压吸收器过热而损坏；

⑤轴承电流吸收电路的作用是将轴承电流吸收掉，保护电机轴承。

尖峰吸收器与所述的du/dt滤波器、正弦波滤波器等电机保护方法相比，较大的好处是，体积小、价格低，安装简便（并联安装）。特别是功率较大的场合，尖峰吸收器在价格、体积、重量等方面的优点很**。另外，由于是并联安装，不会产生电压降，而du/dt滤波器和正弦波

模块化传输系统的分布式控制

krups采用多标准模块的理念，包括旋转模块、移动托盘模块、止动器模块和分割器。如今，对于外界，每个模块都作为黑箱工作，只需通过现场总线连接与中央控制器进行双向通信。在公司内部，krups称这些传输系统模块为具有自主智能的智能模块。因此，krups公司十年前就开始寻找可以直接安装在模块上的自主控制器。

自图尔克数年前推出其tben-l-plc block控制器以来，krups省去了许多构建系统的工作量。除了e-cart系统外，他们还在许多其他机型中使用这款ip67控制器。该控制器与驱动器、阀组以及模块其他组件的通信通过总线接口实现，而与主控制器的通信则大多通过profinet实现。

“这款控制器给我们带来了许多优势。现在模块可以立即部署，*任何其他现场编程设备，例如更换、插入、数据备份等。”krups公司控制开发人员christian mies说道。此外，该紧凑型控制器还支持多种协议，真正物**所值。

e-cart系统在电池生产中节能

针对德国汽车制造商的电池组生产，krups开发了一个带130个自驱动小车，1公里输送轨道，70个转盘和大约140个止动器的输送系统。每10个止动器共用一个tben-l-plc作为客户主控制器的网关。这大大减少了客户所需的总线节点数量。

不同于大多数传统系统，tben-l-plc能够与e-cart系统的小车通信。止动器上装有nfc（近场通信）单元，以便使用tben-l-plc作为网关来实现主控制器与小车间的通信。通过这种方式，小车可以根据其状态或者是否存在警告消息来移除。另一大优势是：当小车等待时，不会消耗任何电力。

ip67使接线更少

krups认识到通过ip67技术可以大大减轻工作量。“仅仅是将24v电缆和信号连接到止动器的12个控制器上，然后贴上标签就已经是非常耗费人力的工作了。tben-l-plc仅通过这项节省就可以轻松收回成本。”it经理christian mies赞赏道。e-cart系统不仅是节能和故障安全的，还可以实现工业4.0应用场景中强调的更灵活的流程，并且已经成功实施