交流变频电机及其应用

交流变频电机

何为电机？生产99%以上电力，同时又消耗70%电力，实现各类机械、工艺传动的机电设备。目录一、电机的基本特点二、电机分类与结构三、变频电机简介四、电机相关基础知识五、日常问题处理及案例一、电机的基本特点

电机的定义：

简言之，电机是将电能与旋转着的机械能相互转变的转换装置。

宝钢各类电机总数约12万余台。制造厂家包括ABB、西门子、日立、富士、三菱等等约50多家电机制造厂。700MW直径22m

电机系统图交流电源传动系统机械系统1200rpm电机大型电机一般常用于水轮、汽轮发电机、大型鼓风机、轧钢机、空气压缩机等。宝钢最大的电机——电厂350MW汽轮发电机大型电机大型电机一般常用于水轮、汽轮发电机大型电机一般常用于水轮、汽轮发电机、大型鼓风机、轧钢机、空气压缩机等。宝钢容量最大的电动机——高炉鼓风电动机48000kW,3000RPM大型电机大型电机一般常用于水轮、汽轮发电机、大型鼓风机、轧钢机、空气压缩机等。宝钢转矩（体积）最大的电动机——厚板轧机电动机10000kW,50RPM厚板轧机电机热轧轧机电机大型电机广泛用于风机、泵类、空压机、皮带机、各类工艺驱动压缩机风机中型电机小型电机应用最为广泛，各行各业都离不开它小型电机二、电机的分类与结构a)发电机b)电动机a)同步电机b)异步电机a)安全电压电机36Vb)低压电机220-690Vc)中压电机1000-3000Vd)高压电机3000V以上

电机的种类按能量的转换方式按转速的不同根据供电电压的不同a)绕线式转子电机b)鼠笼式电机a)单相电机b)三相电机a)直流电机b)交流电机电机的种类根据转子的不同根据电源相数的不同根据通过的电流不同电机交流电机直流电机同步电机异步电机鼠笼异步电机绕线异步电机电机分类有刷励磁无刷励磁（旋转整流器）按工作原理和结构特征分：控制电机*派生系列*变频工频变频工频电机结构1端盖2接线盒3铭牌4转子5冷却风扇6风扇罩7接线盒盖板8定子9地脚螺栓10轴承11波形弹簧圈12非负荷侧端盖13螺丝电机基本结构

直流电机用于早期的调速系统，宝钢主要用于初轧、钢管、2050热轧、2030冷轧轧机及辊道，以及码头卸船机。*定子接直流电源，称激磁电源。*转子也接直流电源*转子有整流子同步电机多用于大功率系统，宝钢主要用于炼铁厂、能源部空压机、制氧机等大型机组，以及1580、1420、1880、1730、厚板轧机等轧钢机高线粗轧、精轧电机（3200kW、4800kW）；无缝钢管穿孔机电机（4600kW)*定子接交流电源*转子接直流励磁*转子上有滑环或旋转整流器绕线式异步电机宝钢主要用于行车主升电机。*定子接交流电*转子接交流电*转子带滑环，滑环后配电阻箱鼠笼式异步电机*只有定子接一套交流电*转子像鼠笼用途最普遍，大型的宝钢主要用于炼铁、炼钢大型风机、1550、1800酸轧轧机。小型的用于液压站及油库的泵类、循环风机，各类辊道等高线减径机、初轧飞剪、钢管空减机、HFW、UOE大部分电机齿轮制动电机制动器电磁制动电机多用于小车移动、定位涡流制动器涡流制动电机齿轮电机（CYCLO减速机)防爆电机振动电机偏心轮电磁调速电机（滑差电机、VS电机）鼠笼异步电机电磁滑差离合器直流控制三、交流变频电机1、交流变频电机的含义2、交流变频电机的分类3、交流变频电机的特点1、交流变频电机的含义

交流变频电机一般指电机运行中，电压、频率因转速变化而改变的三相交流电动机。而我们目前所讲的交流变频电机一般特指由现代电力电子器件构成，具有快速开关频率的变频装置供电的电机。2、交流变频电机分类

变频同步电机变频鼠笼异步电机变频同步电动机：大功率、低转速工况（3MW~10MW），如厚板轧机、热轧轧机电机等。变频（鼠笼）异步电动机：中、小功率调速电机，如冷轧各工艺段电机、轧机、各种调速风机、泵的驱动电机。

大功率、低转速工况采用同步电机；从容量上分，一般在3000~4000kW以上考虑同步电机较为合算。实际使用上根据厂商设计习惯。同步电机：德国、法国（1420，1000~2000kW）异步电机：日本、英国（1880，5000~7000kW）

同步电机与异步电机的比较：

同步电机与异步电机的比较：同步电动机功率因素高，接近1.0，异步电机约为0.85；效率同步电机一般可达0.97，而异步电动机0.95，而GD2两者大体相等；但大容量异步电机制造困难；同步电动机需要有励磁装置，而异步电动机则不需要，较为简单。3变频电机基本特点交流变频电机供电特点变频器输出电流波形Vdc=600V,2levelConverterCarrierfrequency=1.67kHz变频器输出电压波形Vdc=600V,2levelConverterCarrierfrequency=1.67kHz3变频电机基本特点工频电源供电电压波形VuVvVw两者比较：普通交流电动机：1、恒频(50Hz)、恒压(如380V、3000V等)正弦波；

变频器供电：1、器件的快速开关频率产生极高的dV/dt。2、电机和变频器间的阻抗不匹配产生驻波，产生尖峰电压。

690V电机运行电压400V电机运行电压对地1610V1130V相间1930V1363V匝间900V670V电压上升率5kV/μs3kV/μs

变频器对电机的绝缘要求西门子IGBT功率器件的变频器对马达的要求3变频电机基本特点绝缘结构特点1）低压电机选用耐电晕漆包线或绕包线；2）提高电机绝缘设计等级，如3000V按6000V设计等；3）选用复合绝缘及采用NHN等耐热等级较高的绝缘材料，加强绕组端部绑扎；4）采用VPI浸渍，获得无气隙绝缘。工频电机：过载能力、起动特性、效率和功率因数等。变频电机：改善电动机对非正弦电源波形的适应能力。1）尽可能降低定、转子的电阻，以减少基波铜耗，增大最大转矩，抑制低速时的转矩脉动。2）主磁路设计不能十分饱和，考虑到电源中的高次谐波会加深磁路饱和。3变频电机基本特点电磁设计特点低频调速阶段，冷却风量与转速的三次方却成比例地减少，单独采用独立供电的鼓风机,对电机进行强迫冷却。IC416。

3变频电机基本特点低速时的冷却考虑变频器电源中的各次谐波与电机电磁部分的固有空间谐波相互干涉形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和结构件固有频率一致或接近时将产生共振现象,加大噪声。普通三相感应电动机用变频器供电时的噪声比用电网供电时一般约增加10～15dB左右。在振动和噪声方面,要选择合适的定、转子槽配合,对定、转子部件的加工和装配精度要求高。3变频电机基本特点电磁噪音和振动1.加装热敏电阻2.加装防尘密封圈3.加装加热带4.加装防油密封圈5.加装注油嘴6.加装甩水环7.特殊颜色8.特殊轴伸、特殊法兰9.三防要求(放潮、防霉、防盐雾)10.加装轴承测振仪（SPM）

众多的选择以满足用户的需求四、电机相关的基础知识1、电机铭牌的识别4、电机的工作制5、电机的绝缘等级6、电机的安装7、电机的防护等级8、电机的冷却方式9、电机的轴承3、电机的转速10、电机的起动2、电机的保护11、电机调速12、高效电机1、电机铭牌的识别：电机的身份证

电机铭牌识别：国产电机型号代码含义：国产常用的还有Y、YR、YKK、YKS、YPT等电机型号识别：序号系列代号

系列名称

代号含义

1Y、Y2、Y3三相异步电机Y：异步电机；2：第二次改型设计2YZR、YZ起重冶金用三相异步电动机Z：起重冶金；R：绕线转子3YZRW冶金及起重用涡流制动绕线转子三相异步电动机W：涡流制动4YG轨道用三相异步电动机G：轨道5YD变极多速三相异步电动机D：多速6YCT电磁调速电动机C：电磁；T：调速7YA增安型三相异步电动机A：增安8YB隔爆型三相异步电动机B：隔爆9YXJ摆线针轮减速三相异步电动机XJ：行星摆针轮减速10YEJ电磁制动三相异步电动机EJ：圆盘型直流电磁制动器11YR

JR绕线转子三相异步电动机J：老型号三相异步电动机12YKK高压三相异步电动机KK：封闭带空/空冷却器13TK同步电动机T：同步电动机；K：配空压机14TDMK矿山磨机用大型交流三相同步电动机D：电动机M：磨机

K：矿山15Z2、Z4小型直流电机Z：直流；2、4：改型次数国产常用电机型号：变频电机YPT、YVP1LA71334AA10Z1、62、7西门子电机电机型号识别：1LA1LG1PQ1MA2、电机的保护接地保护过流保护过热保护欠压保护温度保护差动保护反相保护断相保护。。。。重要程度不同保护配置不同中小电机常用的保护3、电机的转速电机的转速取取决于电压、频率，控制装置的控制指令电机的转速取决于电机的极对数：n=60f/P1对极：3000rpm2对极：1500rpm3对极：1000rpm……对于非调速电机对于调速电机

4、电机的工作制：连续工作制S1:能长期连续地稳定运行。如风机、泵。断续周期工作制S3：如行车走行、起升等。负载持续率为15%、25%、40%、60%、4个等级。负载和转速非周期变化工作制S9：包括经常性过载如轧机要注意负载持续率低的不能替代高的。5、绝缘等级：

电机部件的温升决定于：（1）电机使用环境；（2）电机的负荷大小；（3）电机绕组的冷却方式。决定因素：绝缘等级！6、电机的安装形式

国际安装的缩写“IM”表示。B代表卧式，V代表立式。电机安装主要尺寸：H\A\B\C\D\E

7、电机的防护等级

IPXX：电动机外壳防护等级的标志

©ABBGroup15January2023|Slide61自扇冷（电机内外风路）8、电动机的冷却方式：

电机冷却方法用“IC+回路布置代号+冷却介质代号+推动方法代号”表示：

变频电机9、电机的轴承稀油润滑系统油脂10、电机的起动（电流大、压降大问题）异步机的起动特性：起动电流大:IS=(5～7)IN起动转矩小:TS=(1.6～2.2)TN影响：频繁起动时造成热量积累,易使电动机过热。大电流使电网电压降低，影响其他负载工作。良好的起动性能:起动电流小、起动转矩大10、电机的起动（电流大、压降大问题）变频电机：变频启动，无起动问题非调速电机：异步电机：直接起动、降压起动、星三角起动、变频起动大型高压异步电机直接启动，冷态起动2次，热起动1次

为何软起动？因为起动电流太大11、电机的调速（1）变极调速有级（2）电磁调速97-20%（3）液力耦合器调速97-30%（4）转子串电阻有级100-50%（5）变频调速100-5%（6）定子调压100-80%（7）串级调速100-50%12、高效电机

能效等级IEC欧洲中国产品系列能效限定值效率分级超超高效IE4

超高效IE3澳大利亚高效1级铜转

高效IE2欧洲EFF12级YX32011.7.1标准效率IE1欧洲EFF23级Y32007.7.1

欧洲EFF3

Y/Y2

4极电动机的能效等级

我国目前广泛应用的Ｙ系列电动机效率平均值为87.3％；高效电动机的效率平均值为90.3％，超高效电动机其效率平均值为91.7％。

效率值容量高效电机改造条件：1、高运行时间（一般年运行时间要大于5000小时）2、高负荷率（负载电流>60%额定电流或大马拉小车）3、恒速（2、4、6极数），非变频4、低压（1000V以下）5、一般用途N设计（主要是风机、泵类）五、变频电机常见问题及处理电动机故障判断、处理具体案例电机的故障的预防：责任者、日常检查维护点检检测检修电机日常点检维护周期的在线维护检查及离线检修

*周期检测、诊断（绝保、振动、磨损）*振动、磨损特指受控点电机*绝保试验特指3kV及以上电机电机日常点检具体项目

点检依据《通用设备技术规程》（电气篇BGFG-S-DQ），编制所辖范围内《电机点检标准》(9672EC11)，实施日常点检。①电气运行参数、电机外观检查及记录；②电机各部件振动、噪音；绕组及轴承温度检查；③滑环、碳刷、火花状态检查；④辅助配线、润滑、通风、冷却系统等检查日常检查具体内容电机通用点检部位风扇、护罩冷却装置集电环或整流子、碳刷联轴器绕组接地线、地脚轴承接线盒、配线机座电机点检的基本方法：

1．望：视觉检查电机螺栓、配线等外观2．闻：嗅觉检查电机过热的焦糊味3．问(听)：询问生产、运行等工艺设备异常4．切：触觉检查电机外壳温度、振动

*可配备听音棒、手持式测振笔、点温仪视觉点检嗅觉点检触觉点检听觉点检电动机故障判断、处理程序

电动机故障后分析的一般程序

1.了解情况向生产操作人员了解电动机发生故障前的运行情况、设备表征；

2.外观检查(1)供电线路上的电源检查。(2)电机本体损伤；有无焦臭味、转动是否卡死、有无异响。3.绝缘检查4.试车分析送电，单试、开环，再负载等电机故障（跳电）判断、处理方法电机或连接电缆接地或短路跳电负载处于过载，过流跳电电机和传动装置、负载不匹配过热（温）跳电联锁跳电兆欧表检查确认当时工艺，复位变频器设置检测回路短接本体检查冷却、润滑根据EPRI的报告：电机故障的53%源于机械原因；47%源于电气原因。

电机故障源于何处？案例1、轴承缺油，导致电机扫膛接地。注意：1、补油周期的掌握；2、补油量的掌握；3、补油方法的掌握；4、轴承温度检查。案例2、轴承加油过量，导致电机接地。注意：1、补油周期的掌握；2、补油量的掌握；3、补油方法的掌握。轴承第一次注脂需要加多少?非密封轴承填满轴承内部空间轴承室内加入30-50%的滑脂如转速低，加脂量可以大于50%密封(终生润滑)/高速轴承30%的轴承内部空间(密封轴承)影响补脂周期的因素轴承的类型轴承的转速轴承的温度轴承尺寸轴承安装方向工作环境运转中加油！！清洁加油!电机加脂--典型程序1. 清洁加油嘴和旧脂排泄塞2. 取出排泄塞，清出孔中变硬的滑脂3. 如配有排泄杆,将排泄杆取下并清除其中变硬的滑脂，在加脂前装上排泄杆4. 加脂直至新脂由排泄口排泄5. 如配有排泄杆,在加脂的过程中经常地将排泄杆取下来观察是否有新脂溢出6. 先不装排泄塞，让电机运行10分钟左右将多余的滑脂排出7. 装上清洁后的排泄塞

密封轴承五年加脂周期3~6月

滚动轴承干油油脂使用极限及润滑周期润滑类型机座号极数同步转速转/分钟预加油脂使用极限定期加油间隔以下指40℃,70℃周期减半,超过70℃每高15℃减半；55℃周期为70℃的1.5倍预加润滑脂（密封轴承）56～2502极300020000h

4~8极750~150040000h定期加润滑油脂180～2802极3000

4000h4~8极750~15008000h3152极30003000h4~8极750~15006000h355～4502~4极1500~30002000h6~8极750~10004000h案例3、电机振动大注意：1、确定电机是否对中；2、确定电机轴承、地脚、平衡。注：A—好；B—允许长期运行；C—可承受但须采取措施；D—不允许运行。K—15kW以下的小电机M—15~75kW中等容量电机或有特殊基础的300kW以下的电机。案例4、电机接线错误造成电机反转或烧损电机接线盒一般如下：注意：1、电机离线检修，接线做好标记，“原拆原装”；2、电机绕组大修后，重新进行方向确认。相序错误将造成电动机反转。

处理：任意调换电源的两根进线。

电动机反转电源~UVWM3~M3~电源~UVW电动机正转BZACXYXAZBYCABCZXYY联结CABZXY联结

接法错误将造成电动机发热、烧损。

处理：注意、Y联结。

案例5、跳电多次复位启动，导致电机接地。注意：1、观察负荷电流，是否过负荷；2、检查电机温度是否真正过热；3、观察电机通风冷却是否正常；4、电机过载、过流跳电后，未排除跳电原因避免连续频繁启动。案例6、同步电机滑环异常磨损问题注意：1、注重电机碳刷磨短、碳刷压力不足、碳刷与刷握粘结等；2、正负极滑环磨损不一样，碳刷正常使用寿命一般1年以上；3、定期对碳刷表面进行打磨、清洁、正负极调换；检查项目检查方法判定标准电刷和集电环间的火花目视检查必须没有火花电刷或压簧的震颤目视或绝缘棒接触碳刷头部目视没有晃动。没有异音刷辨松动变色目视刷辫端子紧固螺钉不得松动。刷辨铜色光亮不能发黑、变蓝紫色刷握、集电环碳粉和油污目视不得粘积碳粉、油污异常声音耳听不得与正常情况有所不同碳刷长度目视碳刷顶部露出在刷握以上大型同步电机滑环装置日常检查

案例7、制动电机抱闸失效或烧损注意：1、整理模块是否损坏；2、抱闸线圈是否损坏；3、抱闸间隙调整是否得当；4、日常运行电机抱闸不热。制动盘制动端盖轴套弹簧力方向工作间隙压力盘制动弹簧制动线圈制动线圈座电机轴电磁力方向制动器结构、工作原理安装在开关柜的整流元件安装在接线盒的整流元件完整制动系统的组成制动器电机电机制动器的拆卸制动器的间隙调整参数范围

0.25mm-1.2mm

8、电机检修后无法运行

现象：对带PLG速度反馈闭环矢量控制的电机，电机检修或更换备件后，空载试运行就发生过电流跳电或无法启动事情。

原因：电机电源相序改变，电机旋转方向与检修前相反，这样使得PLG速度反馈工作不正常，电机无法启动或保护跳电。

解决：保证相序一致。9电机空载电流震荡现象

现象：电机开环进行V/F控制空载试验，电机在7〜30Hz范围内三相电流宽幅振荡，而在工频速度范围附近，几乎没有这种现象。

原因：电机与变频器参数匹配问题。在转差率为零的附近，存在暂态转矩正负变化不稳定。逆变器驱动的转矩脉动，以及V/F的暂态变化引起的转矩波动。

解决：闭环、带载。10、变频电机绝缘损坏注意：1、变频电机特殊的绝缘要求；2、变频器采取抑制dV/dt措施；绝缘方案解决：变频器电压不大于500V，标准绝缘的(普通工频)电机可以适用。变频器输出电压大于500V且不大于600V，电机加强绝缘（变频电机），或者标准绝缘电机增设dV/dt滤波器（输出电抗器等）。变频器输出690V，采用加强绝缘（变频电机）并增设dV/dt滤波器；电机容量超过100kW，轴承绝缘；电机容量超过350kW，轴承绝缘、增设共模滤波器。11电机轴电流问题现象：电机运行几个月就可能出现轴承噪音、振动过大，甚至轴承烧损情况。解体检查轴承，发现轴承弹道上产生类似搓衣板似的均匀槽型磨痕。原因：变频器输出的共模电压通过电机轴、轴承、机座、接地等构成闭合回路，击穿轴承油膜对轴承重复放电产生电蚀。解决：

比较有效的方法是系统正确接地、采用对称的电机绕组及屏蔽电缆、增加滤波回路、增加瓷环、电机轴承绝缘等办法。保证轴电流在0.4A/mm2或0.35mV以下。11、电机轴电流注意：