Il motore è rotto velocemente e l'inverter si comporta come un demone?Leggi il segreto tra motore e inverter in un articolo!
Molte persone hanno scoperto il fenomeno del danneggiamento dell'inverter al motore.Ad esempio, in una fabbrica di pompe dell'acqua, negli ultimi due anni, gli utenti hanno spesso segnalato che la pompa dell'acqua era danneggiata durante il periodo di garanzia.In passato, la qualità dei prodotti della fabbrica di pompe era molto affidabile.Dopo le indagini, si è scoperto che le pompe dell'acqua danneggiate erano tutte azionate da convertitori di frequenza.
L'emergere dei convertitori di frequenza ha portato innovazioni nel controllo dell'automazione industriale e nel risparmio energetico dei motori.La produzione industriale è quasi inseparabile dai convertitori di frequenza.Anche nella vita quotidiana ascensori e condizionatori inverter sono diventati parti indispensabili.I convertitori di frequenza hanno iniziato a penetrare in ogni angolo della produzione e della vita.Tuttavia, il convertitore di frequenza comporta anche molti problemi senza precedenti, tra cui il danneggiamento del motore è uno dei fenomeni più tipici.
Molte persone hanno scoperto il fenomeno del danneggiamento dell'inverter al motore.Ad esempio, in una fabbrica di pompe dell'acqua, negli ultimi due anni, gli utenti hanno spesso segnalato che la pompa dell'acqua era danneggiata durante il periodo di garanzia.In passato, la qualità dei prodotti della fabbrica di pompe era molto affidabile.Dopo le indagini, si è scoperto che le pompe dell'acqua danneggiate erano tutte azionate da convertitori di frequenza.
Sebbene il fenomeno del danneggiamento del motore da parte del convertitore di frequenza abbia attirato sempre più attenzione, le persone ancora non conoscono il meccanismo di questo fenomeno, per non parlare di come prevenirlo.Lo scopo di questo articolo è risolvere queste confusioni.
Danni all'inverter al motore
Il danno dell'inverter al motore comprende due aspetti, il danno dell'avvolgimento dello statore e il danno del cuscinetto, come mostrato nella Figura 1. Questo tipo di danno generalmente si verifica entro poche settimane o dieci mesi e il tempo specifico dipende sulla marca dell'inverter, la marca del motore, la potenza del motore, la frequenza portante dell'inverter, la lunghezza del cavo tra l'inverter e il motore e la temperatura ambiente.Molti fattori sono correlati.Il danno accidentale precoce del motore comporta enormi perdite economiche per la produzione dell'impresa.Questo tipo di perdita non riguarda solo il costo di riparazione e sostituzione del motore, ma, cosa ancora più importante, la perdita economica causata da un’improvvisa interruzione della produzione.Pertanto, quando si utilizza un convertitore di frequenza per azionare un motore, è necessario prestare sufficiente attenzione al problema dei danni al motore.
Danni all'inverter al motore
La differenza tra convertitore di frequenza e convertitore di frequenza industriale
Per comprendere il meccanismo per cui i motori a frequenza industriale hanno maggiori probabilità di essere danneggiati in condizioni di azionamento con inverter, comprendere innanzitutto la differenza tra la tensione del motore azionato da inverter e la tensione a frequenza industriale.Quindi scopri come questa differenza può influire negativamente sul motore.
La struttura di base del convertitore di frequenza è mostrata nella Figura 2, comprendente due parti, il circuito raddrizzatore e il circuito inverter.Il circuito raddrizzatore è un circuito di uscita della tensione CC composto da diodi ordinari e condensatori di filtro, mentre il circuito inverter converte la tensione CC in una forma d'onda di tensione modulata in larghezza di impulso (tensione PWM).Pertanto, la forma d'onda di tensione del motore azionato da inverter è una forma d'onda di impulso con larghezza di impulso variabile, anziché una forma d'onda di tensione sinusoidale.L'azionamento del motore con tensione a impulsi è la causa principale del facile danneggiamento del motore.
Il meccanismo di danneggiamento dell'avvolgimento dello statore del motore da parte dell'inverter
Quando la tensione impulsiva viene trasmessa sul cavo, se l'impedenza del cavo non corrisponde all'impedenza del carico, si verificherà una riflessione all'estremità del carico.Il risultato della riflessione è che l'onda incidente e l'onda riflessa si sovrappongono per formare una tensione più elevata.La sua ampiezza può raggiungere al massimo il doppio della tensione del bus CC, ovvero circa tre volte la tensione di ingresso dell'inverter, come mostrato nella Figura 3. Una tensione di picco eccessiva viene aggiunta alla bobina dello statore del motore, causando uno shock di tensione alla bobina e frequenti shock da sovratensione causeranno il guasto prematuro del motore.
Dopo che il motore azionato dal convertitore di frequenza viene influenzato dalla tensione di picco, la sua durata effettiva è correlata a molti fattori, tra cui temperatura, inquinamento, vibrazioni, tensione, frequenza portante e processo di isolamento della bobina.
Maggiore è la frequenza portante dell'inverter, più la forma d'onda della corrente di uscita si avvicina a un'onda sinusoidale, riducendo così la temperatura operativa del motore e prolungando la durata dell'isolamento.Tuttavia, una frequenza portante più elevata significa che il numero di picchi di tensione generati al secondo è maggiore e il numero di shock sul motore è maggiore.La Figura 4 mostra la durata dell'isolamento in funzione della lunghezza del cavo e della frequenza portante.Dalla figura si può vedere che per un cavo da 200 piedi, quando la frequenza portante viene aumentata da 3kHz a 12kHz (una variazione di 4 volte), la durata dell'isolamento diminuisce da circa 80.000 ore a 20.000 ore (una differenza di 4 volte).
Influenza della frequenza portante sull'isolamento
Maggiore è la temperatura del motore, minore è la durata dell'isolamento, come mostrato nella Figura 5, quando la temperatura sale a 75°C, la durata del motore è solo del 50%.Per un motore azionato da un inverter, poiché la tensione PWM contiene più componenti ad alta frequenza, la temperatura del motore sarà molto più elevata di quella di un azionamento a tensione di frequenza.
Meccanismo di danneggiamento del cuscinetto del motore dell'inverter
Il motivo per cui il convertitore di frequenza danneggia il cuscinetto del motore è che attraverso il cuscinetto scorre una corrente e questa corrente è in uno stato di collegamento intermittente.Il circuito di collegamento intermittente genererà un arco e l'arco brucerà il cuscinetto.
Ci sono due ragioni principali per cui la corrente scorre nei cuscinetti del motore CA.Innanzitutto, la tensione indotta generata dallo squilibrio del campo elettromagnetico interno e, in secondo luogo, il percorso della corrente ad alta frequenza causato dalla capacità parassita.
Il campo magnetico all'interno del motore a induzione CA ideale è simmetrico.Quando le correnti degli avvolgimenti trifase sono uguali e le fasi differiscono di 120°, sull'albero del motore non verrà indotta alcuna tensione.Quando la tensione PWM emessa dall'inverter provoca un'asimmetria del campo magnetico all'interno del motore, verrà indotta una tensione sull'albero.L'intervallo di tensione è 10~30 V, correlato alla tensione di pilotaggio.Maggiore è la tensione di pilotaggio, maggiore è la tensione sull'albero.alto.Quando il valore di questa tensione supera la rigidità dielettrica dell'olio lubrificante nel cuscinetto, si forma un percorso di corrente.Ad un certo punto durante la rotazione dell'albero, l'isolamento dell'olio lubrificante interrompe nuovamente la corrente.Questo processo è simile al processo di accensione/spegnimento di un interruttore meccanico.In questo processo verrà generato un arco che ablarà la superficie dell'albero, della sfera e della vaschetta dell'albero, formando cavità.Se non c'è vibrazione esterna, le piccole fossette non avranno molta influenza, ma se c'è vibrazione esterna, si formeranno delle scanalature, che hanno una grande influenza sul funzionamento del motore.
Inoltre, gli esperimenti hanno dimostrato che la tensione sull'albero è correlata anche alla frequenza fondamentale della tensione di uscita dell'inverter.Più bassa è la frequenza fondamentale, maggiore è la tensione sull'albero e più grave è il danno ai cuscinetti.
Nella fase iniziale del funzionamento del motore, quando la temperatura dell'olio lubrificante è bassa, l'intervallo di corrente è 5-200 mA; una corrente così piccola non causerà alcun danno al cuscinetto.Tuttavia, quando il motore funziona per un periodo di tempo, all'aumentare della temperatura dell'olio lubrificante, la corrente di picco raggiungerà 5-10 A, causando scariche elettriche e formando piccole cavità sulla superficie dei componenti del cuscinetto.
Protezione degli avvolgimenti dello statore del motore
Quando la lunghezza del cavo supera i 30 metri, i moderni convertitori di frequenza genereranno inevitabilmente picchi di tensione all'estremità del motore, accorciando la vita del motore.Esistono due idee per prevenire danni al motore.Il primo consiste nell'utilizzare un motore con isolamento dell'avvolgimento e rigidità dielettrica più elevati (generalmente chiamato motore a frequenza variabile), mentre l'altro consiste nell'adottare misure per ridurre la tensione di picco.La prima misura è adatta per progetti di nuova costruzione, la seconda misura è adatta per la trasformazione di motori esistenti.
Attualmente, i metodi di protezione del motore comunemente utilizzati sono i seguenti:
1) Installare una reattanza all'estremità di uscita del convertitore di frequenza: questa misura è la più comunemente utilizzata, ma va notato che questo metodo ha un certo effetto su cavi più corti (sotto i 30 metri), ma a volte l'effetto non è ideale , come mostrato nella Figura 6(c) mostrata.
2) Installare un filtro du/dt all'estremità di uscita del convertitore di frequenza: questa misura è adatta per le occasioni in cui la lunghezza del cavo è inferiore a 300 metri e il prezzo è leggermente superiore a quello del reattore, ma l'effetto è stato significativamente migliorato, come mostrato nella Figura 6(d).
3) Installare un filtro sinusoidale all'uscita del convertitore di frequenza: questa misura è la più ideale.Poiché qui la tensione impulsiva PWM viene trasformata in una tensione sinusoidale, il motore funziona nelle stesse condizioni della tensione a frequenza industriale e il problema della tensione di picco è stato completamente risolto (non importa quanto sia lungo il cavo, ci sarà nessuna tensione di picco).
4) Installare un assorbitore di tensione di picco all'interfaccia tra cavo e motore: lo svantaggio degli interventi precedenti è che quando la potenza del motore è grande, il reattore o filtro ha un volume e un peso grandi, e il prezzo è relativamente alto.Inoltre, il reattore. Sia il filtro che il filtro causeranno una certa caduta di tensione, che influenzerà la coppia di uscita del motore.Utilizzando l'assorbitore di tensione di picco dell'inverter è possibile superare queste carenze.L'assorbitore di tensione di picco SVA sviluppato da 706 della Seconda Accademia di Scienza e Industria Aerospaziale Corporation adotta una tecnologia avanzata di elettronica di potenza e una tecnologia di controllo intelligente ed è un dispositivo ideale per risolvere i danni al motore.Inoltre, l'assorbitore di picchi SVA protegge i cuscinetti del motore.
L'assorbitore di tensione di picco è un nuovo tipo di dispositivo di protezione del motore.Collegare in parallelo i terminali di ingresso alimentazione del motore.
1) Il circuito di rilevamento della tensione di picco rileva in tempo reale l'ampiezza della tensione sulla linea di alimentazione del motore;
2) Quando l'entità della tensione rilevata supera la soglia impostata, controllare il circuito buffer dell'energia di picco per assorbire l'energia della tensione di picco;
3) Quando l'energia della tensione di picco è piena del buffer di energia di picco, la valvola di controllo dell'assorbimento dell'energia di picco viene aperta, in modo che l'energia di picco nel buffer venga scaricata nell'assorbitore di energia di picco e l'energia elettrica venga convertita in calore energia;
4) Il dispositivo di monitoraggio della temperatura monitora la temperatura dell'assorbitore di energia di picco.Quando la temperatura è troppo elevata, la valvola di controllo dell'assorbimento dell'energia di picco viene chiusa correttamente per ridurre l'assorbimento di energia (con la premessa di garantire la protezione del motore), in modo da evitare che l'assorbitore della tensione di picco si surriscaldi e causi danni.danno;
5) La funzione del circuito di assorbimento della corrente del cuscinetto è quella di assorbire la corrente del cuscinetto e proteggere il cuscinetto del motore.
Rispetto al filtro du/dt sopra menzionato, al filtro sinusoidale e ad altri metodi di protezione del motore, l'assorbitore di picco presenta i maggiori vantaggi di dimensioni ridotte, prezzo basso e facilità di installazione (installazione parallela).Soprattutto in caso di potenza elevata i vantaggi dell'assorbitore di picco in termini di prezzo, volume e peso sono molto evidenti.Inoltre, poiché è installato in parallelo, non si verificherà alcuna caduta di tensione e si verificherà una certa caduta di tensione sul filtro du/dt e sul filtro sinusoidale e la caduta di tensione del filtro sinusoidale è vicina a 10 %, che causerà la riduzione della coppia del motore.
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