变频电机温升的分析及对策

变频电机温升的分析及对策

摘要：调速技术的蓬勃发展，变频器供电电机的温升问题已引起人们的广泛关注。本文首先介绍了电动机的温升限度；然后结合实例分析了变频器供电对变频

电动机温升的影响及其它原因对变频电机温升的影响；最后从降低发热量和提高

散热能力两方面提出缓解电机温升的措施，并指出了应用中应注意的问题。

关键词：变频器变频电动机温升及对策

一、电动机的温升限度

温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的，是电机设计及运行中的

一项重要指标，人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最

高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作温

度分别为：90、105、120、130、155、180和180℃以上。电机各部位的温度限

度与绕组接触的铁心温升应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度，即A级为60℃，E级为75℃，B级为80℃，F级为100℃，H级为125℃。

二、案例分析

1、故障现象

云南华联锌铟股份有限公司新田选矿车间长距离（3987米）原矿运输皮带驱

动站，由两台690V/630kW变频交流电机进行驱动，两台电机由两台西门子变频

器通过“主-从控制”模式运行，根据生产需要，调节电机转速以改变进料量。每小

时运输原矿约400-600吨，担负着车间原矿供料任务，是生产流程中的一个重要

关键环节，从2013年9月安装结束运行后，两台电机普遍存在发热严重，并有

异常噪音，2#电机尤为明显，运行两年多发生了近5次匝间短路烧毁事故。

2、原因分析及处理措施

（1）变频器参数

变频器采用西门子原装柜式变频器G150系列，具体参数如下：

（2）电机型号参数及运行参数：

1#电机型号YLVF400-4-G1（安徽皖南），功率630KW ，电压690V，额定电

流612.5A额定转速：1490r/min，防护等级IP54 ，扭矩4033N/m 调频范围5-

75HZ ，重量3300kg ，轴承型号6326/6326-S 。运行参数：电流一般389-420A，

负荷63.5%-65% 运行频率：47-48HZ 转速：1424r/min，轴承温度：前轴承65℃

左右，后轴承60℃左右，绕组温度：110.℃— 115℃。

2#电机型号Y2SP4008-4（湖南湘电），功率630KW，电压690V，额定电流611A，防护等级IP54 额定转速 1490r/min ，调频范围5-75HZ 功率因数0.90 冷

却方式IC416 ，海拔1400m ，重量3290kg 。运行参数：运行电流380-430A，负

荷62%-65%，运行频率47-48HZ ，转速1430r/min ，轴承温度：前轴承78℃左右，后轴承85℃左右，绕组温度：115.3℃ -125℃。夏秋季随环境温度的增高相应增加。

（3）故障分析：

根据电机其运行参数看：两台电机运行负荷未达到满负荷，经检查电机主线

路至变频器柜出线端约50米左右，变频器柜输出端未装输出电抗器，判断是否

存在变频器输出有高次谐波与集肤效应对电机绕组温度产生影响变频器逆变部分

是将直流电压转换为三相交流电压，通过控制六个桥臂的开关元件导通、关断来

实现三相交流电压的输出，一般改变变频器输出电压的PWM方式，它虽与正弦

波电压幅值等效，但实际上是由一系列矩形波组成，虽然变频器装有滤波装置，

但输出电压、电流波形均还有高次谐波，由于电机绕组匝间电压变化率du/dt很高，当有高次谐波流过电动机绕组时，铜损增大，并引起附加损耗，从而引起绕

组发热。有实验表明，变频器传动与工频电源传动相比，电流、温升约增加10%

与20%。虽然变频电动机的主磁路设计成不饱和状态，但受集肤效应的影响也会

产生涡流，导致电机效率下降，温升增加。

（4）处理措施：

根据上述情况，经分析讨论后，建议在1#、2#变频器输出端加装了相匹配的

输出电抗器，加电抗器两台变频电机运行参数如下表：

图1、未加装输出电抗器波形图2、加装输出电抗器后波形

加装输出电抗器后，电机绕组匝间短路烧毁有大幅度下降，噪音减小，加装

电抗器已有效抑制变频器的IGBT开关产生高次谐波的影响，绕组局部产生涡流的现象得到改善。但2#电机运行温度还存在偏高现象，说明加装输出电抗器还未完

全解决问题。

经对电机再次检查，两台电机安装合理，但从散热结构上检查， 1#电机采用

安徽皖南电机股份有限公司YLVF400-4-G1型变频电机，从散热结构上看;定子基

座散热筋片槽采用封闭管状通风方式，底座面积大，整机重量比2#重，1#电机的

整体结构与散热效率相对比2#好得多。2#电机采用了湘电的Y2SP4008-4型变频

电机，该电机为紧凑型封闭式电机，散热仅通过机壳敞开散热筋来实现，且机座

号较常规电机小一号，内部散热通道、风路狭窄，电机起动后，热交换量小，无

法迅速排出，电机轴末端强冷风机对机壳散热筋传递出的热量进行散热，对电机

内部无法形成有效降温。其二该型电机采用小型低压电机常规线圈结构，整体抗

电流冲击能力较差，易引起温度升高。经采取更换1#同型号的电机后，2#运行温

度达到正常值。

三、变频电动机运行温升升高原因:

根据案例分析及解决情况看，变频电动机运行温升升高引起的因数由以下几

方面造成。一是变频器输出电源的影响；变频器输出电压带有较大的高次谐波成

分（载波频率），这些谐波成分将导致电机效率下降，使电机损耗增加，温升增加，绝缘老化、寿命缩短。其次变频电机一般均要求在较大的频率范围内运行，

由于定子频率的变化，即当变频器IGBT功率元件开关频率高时，会给电机定子

绕组带来电压不均匀分布，使定子绕组尤其是开始几匝绕组受到电压冲击，使绕

组温升增加。三是选用变频电动机时，在容量、安装环境、温升限度，绝缘结构，耐热等级、散热结构上等某一方面选择不合理，造成温升升高。四是在变频器上

设定的U/f特性和电动机特性不适配，没有正确地设置负载电动机的额定电压、

电流、容量、载波率等参数，也会导致电动机温升升高。五是三相电压、电流不

平衡、缺相、过负荷等引起温度升高。

四、缓解变频电机温升的对策

温升是影响电动机使用寿命的关键因素，电动机温升的“8℃定理”就是这一观

点的佐证。

限制或缓解电机温升无非有两个方面，一是合理地减少损耗，即降低发热量；再就是改善冷却条件，使热能有效地散发出去。减少损耗的根本措施一是抑制谐波，二是正确选择设备、改善散热条件，具体措施如下：

1、抑制谐波

（1）在电源与变频器输入侧之间串联交流电抗器（图3）：可使整流阻抗增

大来有效抑制高次谐波电流，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不