运行多年的西门子电机,因运行温升和受潮等原因,绕组绝缘程度大大降低甚至出现明显缺陷,处于电压击穿临界点。工频供电下,绕组输入的是三相50 Hz正弦电压,感生电压较低、线路浪涌分量较小,绝缘降低或许只表现为不起眼的“漏电流”,绕组匝间、相间尚未发生电压击穿,电机仍“正常运行”。但随着绝缘进一步老化,即便在工频供电下,电机终将因绝缘老化导致相间或绕组间击穿而烧毁。
接入变频器后,电机的供电条件变得“恶劣”:变频器输出的PWM波形实为数kHz乃至十几kHz的载波电压,绕组供电回路中还会产生各种分量的谐波电压。由电感特性可知,流过电感电流的变化越快,电感感生电压越高,电机绕组感生电压比工频供电时升高。工频下暴露不出的绝缘缺陷因不耐高频载波下感生电压的冲击,于是绕组匝间或相间发生电压击穿,造成相间、匝间短路,运行中模块炸掉、电机烧毁。
变频器起动初始阶段输出频率、电压均较低,若负载电机存在故障虽造成较大输出电流,但电流往往在额定值以内,电流检测电路及时动作、实施保护停机,模块无炸毁之虞。但全速(或近于全速)运行时三相输出电压与频率均达较高幅值,此时绕组若有电压击穿,会于瞬间形成极大浪涌电流,逆变模块在电流检测电路动作之前已无法承受而炸裂损坏。
由此看出保护电路不是万能的,任何保护电路都有其“软肋”。西门子变频器对全速运行中绕组突发电压击穿无能为力、不能有效保护;变频器保护电路以及任何电机保护器对此类突发故障都不能有效保护,只能宣告该电机“寿终正寝”。此类故障对逆变输出模块是致命打击、无可逃避。而其他由供电或负载引起的原因——过、欠压、负载重乃至堵转引起的过流等,在保护电路正常前提下都能有效保护模块安全,模块损坏机率将大为减小。