La aparición de los convertidores de frecuencia ha aportado innovación al control de la automatización industrial y al ahorro de energía de los motores.
La producción industrial es casi inseparable de los inversores, e incluso en la vida cotidiana, los ascensores y los aires acondicionados inverter se han convertido en una parte indispensable del proceso, y los inversores han comenzado a penetrar en todos los rincones de la producción y la vida.
Sin embargo, los inversores también han traído consigo muchos problemas sin precedentes, de los cuales el daño a los motores eléctricos es uno de los fenómenos más típicos.
Muchas personas ya han descubierto el fenómeno del daño del inversor a los motores.
Por ejemplo, una fábrica de bombas de agua, en los últimos dos años, sus clientes informaron con frecuencia que las bombas se dañaron durante el período de garantía.
En el pasado, sin embargo, esta fábrica de bombas había sido muy confiable en términos de calidad del producto. Después de la investigación, se encontró que estas bombas dañadas eran impulsadas por convertidores de frecuencia.
Aunque el fenómeno de los inversores que dañan los motores es una preocupación creciente, los mecanismos que lo provocan aún no están claros, y mucho menos cómo prevenirlo.
El propósito de compartir este artículo es abordar estas confusiones.
Daños en motores eléctricos por convertidores de frecuencia
El daño al motor eléctrico del inversor incluye dos aspectos, daño a los devanados del motor y daño a los cojinetes del motor.
Esto se muestra en el siguiente diagrama:
Este daño generalmente ocurre dentro de unas pocas semanas a una docena de meses, el tiempo específico está relacionado con la marca del inversor, la marca del motor eléctrico, la potencia de los motores eléctricos, la frecuencia portadora del inversor, la duración de la cable entre el inversor y los motores eléctricos, la temperatura ambiente y muchos otros factores.
El daño temprano e inesperado de los motores eléctricos trae enormes pérdidas económicas a la producción de la empresa.
Esta pérdida no es solo el costo de reparación y reemplazo del motor, sino también la pérdida económica causada por paradas de producción inesperadas.
Por lo tanto, cuando se utilizan motores accionados por inversor, se debe prestar suficiente atención a la cuestión de los daños en el motor.
Diferencia entre convertidor de frecuencia y variadores de frecuencia industriales
Es importante comprender el mecanismo por el cual es más probable que un motor de frecuencia industrial se dañe en condiciones accionadas por inversor con equipo accionado.
Primero, comprenda cómo el voltaje al que el inversor acciona el motor difiere del I.F. voltajes del eje.
Luego comprenda cómo esta diferencia tiene un efecto adverso en el motor.
La construcción básica de un inversor se muestra en la Figura 2 y consta de dos partes: el circuito rectificador y el circuito inversor.
El circuito rectificador es un circuito de salida de picos de voltaje de CC que consta de un diodo común y un condensador de filtro, mientras que 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 inversor que acciona los motores es una forma de onda de pulso con un ancho de pulso variable, en lugar de una forma de onda de voltaje sinusoidal.
Driving a motor with pulsed voltage is the root cause of the motor's vulnerability to damage.
Mecanismo de daño a los devanados del motor por convertidores de frecuencia.
Cuando el voltaje pulsado se transmite por el cable, si la impedancia del cable no coincide con la impedancia de la carga, se producirá una reflexión en el extremo de la carga.
La reflexión da como resultado una superposición de la onda incidente y la onda reflejada, creando un voltaje más alto, que puede alcanzar una amplitud máxima de dos veces el voltaje del bus de CC, que es aproximadamente equivalente a tres veces el voltaje de entrada del inversor, como se muestra en la figura. Figura 3.
El voltaje de pico excesivamente alto se agrega a las bobinas del estator del motor, lo que provoca choques de voltaje en las bobinas, y los choques de sobrevoltaje frecuentes pueden provocar una falla prematura del motor.
La vida útil real de un motor accionado por inversor después de haber sido sometido a un pico de tensión está relacionada con una serie de factores que incluyen temperatura, contaminación, vibración, tensión, frecuencia portadora y la mano de obra del aislamiento de la bobina para la industria de la automatización eléctrica. .
The higher the carrier frequency of the inverter, the closer the output current waveform is to a sine wave, which will reduce the motor's operating temperature and thus extend the life of the motor insulation.
Sin embargo, una frecuencia portadora más alta significa que se genera una mayor cantidad de picos de voltaje límite por segundo y que la cantidad de descargas al motor es mayor.
La figura 4 muestra la variación de la vida útil del aislamiento en función de la longitud del cable y la frecuencia de la portadora.
Como puede verse en el gráfico, para un cable de 200 pies de largo, la vida útil del aislamiento disminuye de aproximadamente 80 000 horas a 20 000 horas (una diferencia cuádruple) cuando la frecuencia portadora aumenta de 3 kHz a 12 kHz (un cambio cuádruple).
Influencia de la frecuencia portadora en el aislamiento de motores eléctricos
Cuanto mayor sea la temperatura del motor, menor será la vida útil del aislamiento del motor, como se muestra en la Figura 5, cuando la temperatura sube a 75ºC , la vida del motor es solo del 50%.
Los motores accionados por convertidores de frecuencia tendrán una temperatura del motor mucho más alta que si estuvieran accionados por un voltaje de frecuencia industrial, ya que el voltaje PWM contiene más componentes de alta frecuencia.
Mecanismos por los que los convertidores de frecuencia dañan los cojinetes del motor
El inversor daña los cojinetes del motor porque hay una corriente que fluye a través de los cojinetes y esta corriente está en un circuito conectado intermitente, el circuito conectado intermitente crea un arco y el arco quema los cojinetes.
Hay dos causas principales por las que la corriente fluye a través de los cojinetes de un motor de CA nuevo.
En primer lugar, los picos de tensión inducidos por un campo electromagnético interno desequilibrado y, en segundo lugar, las rutas de corriente de alta frecuencia provocadas por condensadores parásitos.
El campo magnético interno de un motor de inducción de CA ideal es simétrico y cuando las corrientes en los devanados trifásicos son iguales y las fases son 120? Aparte, no se induce voltaje en la varilla del eje del motor.
Cuando la salida de voltaje PWM del inversor hace que el campo magnético dentro de los nuevos motores sea asimétrico, se inducirá un voltaje de modo común en la varilla del eje del motor en el rango de 10 a 30 V, que está relacionado con el voltaje de accionamiento, cuanto mayor sea Cuanto mayor sea el voltaje de accionamiento, mayor será el voltaje en la varilla del eje.
Cuando el valor de este voltaje excede la fuerza aislante del lubricante en el rodamiento, se forma una ruta de corriente.
En algún momento durante la rotación de la barra del eje, el aislamiento del aceite lubricante vuelve a bloquear la corriente.
Este proceso es similar al proceso de encendido/apagado de un interruptor mecánico.
Este proceso genera un arco eléctrico que quema las superficies del eje, la bola y el cuenco, formando hoyos.
Si no hay vibración externa, los pequeños cráteres no tienen un efecto excesivo, pero cuando hay vibración externa, los cráteres se crean y esto tiene un efecto significativo en el funcionamiento del motor de los fabricantes de motores eléctricos.
Además, los experimentos han demostrado que los picos de voltaje en la varilla del eje también están relacionados con la frecuencia fundamental del voltaje de salida del inversor; cuanto menor sea la frecuencia fundamental, mayor será el voltaje en la varilla del eje y más grave será el daño del cojinete.
En las primeras etapas de funcionamiento del motor, cuando la temperatura del lubricante es baja, la amplitud de corriente es de 5-200 mA, una corriente tan pequeña no causará ningún daño a los rodamientos.
Sin embargo, después de que el motor funcione durante un período de tiempo, a medida que aumenta la temperatura del lubricante, la corriente máxima alcanzará los 5-10 A, lo que creará arcos voladores que formarán pequeños hoyos en la superficie de los componentes del rodamiento.
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