¿El motor está averiado y el inversor actúa como un demonio?¡Lea el secreto entre el motor y el inversor en un artículo!
Mucha gente ha descubierto el fenómeno del daño del inversor al motor.Por ejemplo, en una fábrica de bombas de agua, en los últimos dos años, sus usuarios informaron con frecuencia que la bomba de agua sufrió daños durante el período de garantía.En el pasado, la calidad de los productos de la fábrica de bombas era muy confiable.Después de la investigación, se descubrió que todas estas bombas de agua dañadas estaban impulsadas por convertidores de frecuencia.
La aparición de los convertidores de frecuencia ha traído innovaciones al control de la automatización industrial y al ahorro de energía de los motores.La producción industrial es casi inseparable de los convertidores de frecuencia.Incluso en la vida diaria, los ascensores y los aires acondicionados inverter se han convertido en piezas indispensables.Los convertidores de frecuencia han comenzado a penetrar en todos los rincones de la producción y la vida.Sin embargo, el convertidor de frecuencia también trae muchos problemas sin precedentes, entre los cuales el daño al motor es uno de los fenómenos más típicos.
Mucha gente ha descubierto el fenómeno del daño del inversor al motor.Por ejemplo, en una fábrica de bombas de agua, en los últimos dos años, sus usuarios informaron con frecuencia que la bomba de agua sufrió daños durante el período de garantía.En el pasado, la calidad de los productos de la fábrica de bombas era muy confiable.Después de la investigación, se descubrió que todas estas bombas de agua dañadas estaban impulsadas por convertidores de frecuencia.
Aunque el fenómeno de que el convertidor de frecuencia daña el motor ha atraído cada vez más atención, la gente todavía no conoce el mecanismo de este fenómeno, y mucho menos cómo prevenirlo.El propósito de este artículo es resolver estas confusiones.
Daño del inversor al motor.
El daño del inversor al motor incluye dos aspectos, el daño del devanado del estator y el daño del rodamiento, como se muestra en la Figura 1. Este tipo de daño generalmente ocurre dentro de unas pocas semanas a diez meses, y el tiempo específico depende de la marca del inversor, la marca del motor, la potencia del motor, la frecuencia portadora del inversor, la longitud del cable entre el inversor y el motor y la temperatura ambiente.Muchos factores están relacionados.Los daños accidentales prematuros del motor provocan enormes pérdidas económicas en la producción de la empresa.Este tipo de pérdida no es sólo el costo de reparación y reemplazo del motor, sino más importante aún, la pérdida económica causada por una interrupción inesperada de la producción.Por lo tanto, cuando se utiliza un convertidor de frecuencia para accionar un motor, se debe prestar suficiente atención al problema del daño del motor.
Daño del inversor al motor.
La diferencia entre variador de frecuencia industrial y variador de frecuencia
Para comprender el mecanismo por el cual los motores de frecuencia eléctrica tienen más probabilidades de dañarse bajo la condición de accionamiento por inversor, primero comprenda la diferencia entre el voltaje del motor accionado por inversor y el voltaje de frecuencia eléctrica.Luego aprenda cómo esta diferencia puede afectar negativamente al motor.
La estructura básica del convertidor de frecuencia se muestra en la Figura 2, que incluye dos partes, el circuito rectificador y el circuito inversor.El circuito rectificador es un circuito de salida de voltaje de CC compuesto por diodos ordinarios y condensadores de filtro, y el circuito inversor convierte el voltaje de CC en una forma de onda de voltaje modulada por ancho de pulso (voltaje PWM).Por lo tanto, la forma de onda de voltaje del motor accionado por inversor es una forma de onda de pulso con ancho de pulso variable, en lugar de una forma de onda de voltaje de onda sinusoidal.Accionar el motor con voltaje de pulso es la causa principal del fácil daño del motor.
El mecanismo de daño del devanado del estator del motor del inversor
Cuando el voltaje del pulso se transmite a través del cable, si la impedancia del cable no coincide con la impedancia de la carga, se producirá una reflexión en el extremo de la carga.El resultado de la reflexión es que la onda incidente y la onda reflejada se superponen para formar un voltaje mayor.Su amplitud puede alcanzar el doble del voltaje del bus de CC como máximo, que es aproximadamente tres veces el voltaje de entrada del inversor, como se muestra en la Figura 3. Se agrega un voltaje pico excesivo a la bobina del estator del motor, lo que provoca un choque de voltaje en la bobina. , y las frecuentes descargas de sobretensión harán que el motor falle prematuramente.
Después de que el motor impulsado por el convertidor de frecuencia se ve afectado por el voltaje máximo, su vida útil real está relacionada con muchos factores, incluida la temperatura, la contaminación, la vibración, el voltaje, la frecuencia portadora y el proceso de aislamiento de la bobina.
Cuanto mayor sea la frecuencia portadora del inversor, más cercana estará la forma de onda de la corriente de salida a una onda sinusoidal, lo que reducirá la temperatura de funcionamiento del motor y prolongará la vida útil del aislamiento.Sin embargo, una frecuencia portadora más alta significa que la cantidad de picos de voltaje generados por segundo es mayor y la cantidad de descargas al motor es mayor.La Figura 4 muestra la vida útil del aislamiento en función de la longitud del cable y la frecuencia portadora.En la figura se puede ver que para un cable de 200 pies, cuando la frecuencia portadora aumenta de 3 kHz a 12 kHz (un cambio de 4 veces), la vida útil del aislamiento disminuye de aproximadamente 80 000 horas a 20 000 horas (una diferencia de 4 veces).
Influencia de la frecuencia portadora en el aislamiento
Cuanto mayor es la temperatura del motor, más corta es la vida útil del aislamiento, como se muestra en la Figura 5, cuando la temperatura aumenta a 75°C, la vida útil del motor es solo del 50%.Para un motor impulsado por un inversor, dado que el voltaje PWM contiene más componentes de alta frecuencia, la temperatura del motor será mucho más alta que la de un variador de voltaje de frecuencia industrial.
Mecanismo de daño del rodamiento del motor del inversor
La razón por la que el convertidor de frecuencia daña el cojinete del motor es que hay una corriente que fluye a través del cojinete y esta corriente está en un estado de conexión intermitente.El circuito de conexión intermitente generará un arco y el arco quemará el rodamiento.
Hay dos razones principales por las que la corriente fluye por los cojinetes del motor de CA.En primer lugar, el voltaje inducido generado por el desequilibrio del campo electromagnético interno y, en segundo lugar, la trayectoria de la corriente de alta frecuencia causada por la capacitancia parásita.
El campo magnético dentro del motor de inducción de CA ideal es simétrico.Cuando las corrientes de los devanados trifásicos son iguales y las fases difieren 120°, no se inducirá tensión en el eje del motor.Cuando la salida de voltaje PWM del inversor hace que el campo magnético dentro del motor sea asimétrico, se inducirá un voltaje en el eje.El rango de voltaje es de 10 ~ 30 V, que está relacionado con el voltaje de conducción.Cuanto mayor sea el voltaje de accionamiento, mayor será el voltaje en el eje.alto.Cuando el valor de este voltaje excede la rigidez dieléctrica del aceite lubricante en el rodamiento, se forma una trayectoria de corriente.En algún momento durante la rotación del eje, el aislamiento del aceite lubricante detiene nuevamente la corriente.Este proceso es similar al proceso de encendido y apagado de un interruptor mecánico.En este proceso, se generará un arco que extirpará la superficie del eje, la bola y la taza del eje, formando hoyos.Si no hay vibración externa los pequeños hoyuelos no tendrán demasiada influencia, pero si hay vibración externa se producirán ranuras, lo que tiene una gran influencia en el funcionamiento del motor.
Además, los experimentos han demostrado que la tensión en el eje también está relacionada con la frecuencia fundamental de la tensión de salida del inversor.Cuanto menor sea la frecuencia fundamental, mayor será el voltaje en el eje y más grave será el daño al rodamiento.
En la etapa inicial de funcionamiento del motor, cuando la temperatura del aceite lubricante es baja, el rango de corriente es de 5 a 200 mA; una corriente tan pequeña no causará ningún daño al rodamiento.Sin embargo, cuando el motor funciona durante un período de tiempo, a medida que aumenta la temperatura del aceite lubricante, la corriente máxima alcanzará 5-10 A, lo que provocará descargas disruptivas y formará pequeños hoyos en la superficie de los componentes del cojinete.
Protección de los devanados del estator del motor.
Cuando la longitud del cable supera los 30 metros, los convertidores de frecuencia modernos inevitablemente generarán picos de voltaje en el extremo del motor, acortando la vida útil del motor.Hay dos ideas para evitar daños al motor.Una es utilizar un motor con mayor aislamiento de devanado y rigidez dieléctrica (generalmente llamado motor de frecuencia variable), y la otra es tomar medidas para reducir el voltaje máximo.La primera medida es adecuada para proyectos de nueva construcción y la segunda medida es adecuada para transformar motores existentes.
En la actualidad, los métodos de protección de motores más utilizados son los siguientes:
1) Instalar un reactor en el extremo de salida del convertidor de frecuencia: esta medida es la más utilizada, pero cabe señalar que este método tiene cierto efecto en cables más cortos (por debajo de 30 metros), pero a veces el efecto no es el ideal. , como se muestra en la Figura 6 (c).
2) Instalar un filtro dv/dt en el extremo de salida del convertidor de frecuencia: Esta medida es adecuada para ocasiones en las que la longitud del cable es inferior a 300 metros y el precio es ligeramente superior al del reactor, pero el efecto ha sido mejorado significativamente, como se muestra en la Figura 6(d).
3) Instalar un filtro senoidal a la salida del convertidor de frecuencia: esta medida es la más ideal.Porque aquí, el voltaje del pulso PWM se cambia a un voltaje de onda sinusoidal, el motor funciona en las mismas condiciones que el voltaje de frecuencia eléctrica y el problema del voltaje máximo se ha resuelto por completo (no importa qué tan largo sea el cable, habrá sin voltaje pico).
4) Instalar un absorbente de pico de tensión en la interfaz entre el cable y el motor: la desventaja de las medidas anteriores es que cuando la potencia del motor es grande, el reactor o filtro tiene un gran volumen y peso, y el precio es relativamente alto.Además, el reactor Tanto el filtro como el filtro provocarán una cierta caída de voltaje, lo que afectará el par de salida del motor.El uso del amortiguador de voltaje máximo del inversor puede superar estas deficiencias.El amortiguador de picos de voltaje SVA desarrollado por 706 de la Segunda Academia de Ciencia e Industria Aeroespacial adopta tecnología electrónica de potencia avanzada y tecnología de control inteligente, y es un dispositivo ideal para resolver daños en el motor.Además, el amortiguador de púas SVA protege los cojinetes del motor.
El amortiguador de voltaje pico es un nuevo tipo de dispositivo de protección del motor.Conecte los terminales de entrada de energía del motor en paralelo.
1) El circuito de detección de voltaje máximo detecta la amplitud del voltaje en la línea de alimentación del motor en tiempo real;
2) Cuando la magnitud del voltaje detectado excede el umbral establecido, controle el circuito amortiguador de energía máxima para absorber la energía del voltaje máximo;
3) Cuando la energía del voltaje máximo está llena del amortiguador de energía máxima, se abre la válvula de control de absorción de energía máxima, de modo que la energía máxima en el amortiguador se descarga en el amortiguador de energía máxima y la energía eléctrica se convierte en calor. energía;
4) El monitor de temperatura controla la temperatura del absorbente de energía máxima.Cuando la temperatura es demasiado alta, la válvula de control de absorción de pico de energía se cierra adecuadamente para reducir la absorción de energía (bajo la premisa de garantizar que el motor esté protegido), a fin de evitar que el absorbente de pico de voltaje se sobrecaliente y cause daños.daño;
5) La función del circuito de absorción de corriente del rodamiento es absorber la corriente del rodamiento y proteger el rodamiento del motor.
En comparación con el filtro du/dt, el filtro de onda sinusoidal y otros métodos de protección del motor antes mencionados, el absorbente de picos tiene las mayores ventajas de tamaño pequeño, precio bajo y fácil instalación (instalación en paralelo).Especialmente en el caso de alta potencia, las ventajas del absorbente de picos en términos de precio, volumen y peso son muy destacadas.Además, dado que está instalado en paralelo, no habrá caída de voltaje, y habrá una cierta caída de voltaje en el filtro du/dt y el filtro de onda sinusoidal, y la caída de voltaje del filtro de onda sinusoidal es cercana a 10 %, lo que hará que se reduzca el par del motor.
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