Появление преобразователей частоты принесло инновации в управление промышленной автоматизацией и энергосбережение двигателей.
Промышленное производство практически неотделимо от инверторов, и даже в быту лифты и инверторные кондиционеры стали неотъемлемой частью процесса, а инверторы стали проникать во все уголки производства и жизни.
Однако инверторы также принесли с собой множество беспрецедентных проблем, из которых повреждение электродвигателей является одним из наиболее типичных явлений.
Многие люди уже обнаружили явление повреждения двигателей инвертором.
Например, завод водяных насосов, за последние два года, его клиенты часто сообщали, что насосы были повреждены в течение гарантийного срока.
Однако в прошлом этот насосный завод был очень надежным с точки зрения качества продукции. После расследования было установлено, что эти поврежденные насосы приводились в действие частотными преобразователями.
Хотя явление, когда инверторы повреждают двигатели, вызывает все большую озабоченность, механизмы, которые его вызывают, еще не ясны, не говоря уже о том, как его предотвратить.
Цель публикации этой статьи — устранить эти недоразумения.
Повреждения электродвигателей от преобразователей частоты
Повреждение электродвигателя от инвертора включает в себя два аспекта: повреждение обмоток двигателя и повреждение подшипников двигателя.
Это показано на диаграмме ниже:
Это повреждение обычно происходит в течение от нескольких недель до дюжины месяцев, конкретное время зависит от марки инвертора, марки электродвигателя, мощности электродвигателей, несущей частоты инвертора, длины кабель между инвертором и электродвигателями, температура окружающей среды и многие другие факторы.
Раннее и неожиданное повреждение электродвигателей приносит огромные экономические потери производству компании.
Эти потери представляют собой не только стоимость ремонта и замены двигателей, но и экономические потери, вызванные неожиданными остановками производства.
Поэтому при использовании двигателей с инверторным управлением необходимо уделять достаточное внимание проблеме повреждения двигателя.
Разница между инверторным приводом и промышленным преобразователем частоты
Важно понимать механизм, по которому двигатель промышленной частоты с большей вероятностью будет поврежден в условиях инверторного привода с приводным оборудованием.
Сначала поймите, как напряжение, при котором инвертор управляет двигателем, отличается от ПЧ. напряжения на валу.
Затем понять, как эта разница отрицательно влияет на двигатель.
Базовая конструкция инвертора показана на рисунке 2 и состоит из двух частей: схемы выпрямителя и схемы инвертора.
Схема выпрямителя представляет собой выходную цепь пиков постоянного напряжения, состоящую из общего диода и фильтрующего конденсатора, в то время как схема инвертора преобразует постоянное напряжение в сигнал напряжения с широтно-импульсной модуляцией (напряжение ШИМ).
Следовательно, форма волны напряжения инвертора, управляющего двигателями, представляет собой импульсную волну с переменной шириной импульса, а не синусоидальную форму волны напряжения.
Driving a motor with pulsed voltage is the root cause of the motor's vulnerability to damage.
Механизм повреждения обмоток двигателя преобразователями частоты
При передаче импульсного напряжения по кабелю, если полное сопротивление кабеля не соответствует полному сопротивлению нагрузки, на конце нагрузки произойдет отражение.
Отражение приводит к наложению падающей волны и отраженной волны, создавая более высокое напряжение, которое может достигать максимальной амплитуды, равной удвоенному напряжению на шине постоянного тока, что приблизительно эквивалентно трехкратному входному напряжению инвертора, как показано на рис. Рисунок 3.
Чрезмерно высокое пиковое напряжение добавляется к обмоткам статора двигателя, вызывая скачки напряжения на обмотках, а частые скачки напряжения могут привести к преждевременному выходу двигателя из строя.
Фактический срок службы двигателя с инверторным приводом после того, как он подвергся удару скачком напряжения, зависит от ряда факторов, включая температуру, загрязнение, вибрацию, напряжение, несущую частоту и качество изготовления изоляции катушки для электротехнической промышленности. .
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.
Однако более высокая несущая частота означает, что в секунду генерируется большее количество пиков предельного напряжения и больше количество ударов по двигателю.
На рис. 4 показано изменение срока службы изоляции в зависимости от длины кабеля и несущей частоты.
Как видно из графика, для кабеля длиной 200 футов срок службы изоляции уменьшается примерно с 80 000 часов до 20 000 часов (четырехкратная разница) при увеличении несущей частоты с 3 кГц до 12 кГц (четырехкратное изменение).
Влияние несущей частоты на изоляцию электродвигателей
Чем выше температура двигателя, тем короче срок службы изоляции двигателя, как показано на рисунке 5, при повышении температуры до 75°С , ресурс мотора всего 50%.
Двигатели, управляемые преобразователями частоты, будут иметь гораздо более высокую температуру двигателя, чем если бы они приводились в действие напряжением промышленной частоты, поскольку напряжение ШИМ содержит больше высокочастотных компонентов.
Механизмы, по которым преобразователи частоты повреждают подшипники двигателя
Инвертор повреждает подшипники двигателя, потому что через подшипники протекает ток, и этот ток находится в прерывистой цепи, прерывистая цепь создает дугу, и дуга сжигает подшипники.
Существуют две основные причины протекания тока через подшипники нового двигателя переменного тока.
Во-первых, индуцированные пиковые напряжения из-за несбалансированного внутреннего электромагнитного поля, а во-вторых, высокочастотные пути тока, вызванные паразитными конденсаторами.
Внутреннее магнитное поле идеального асинхронного двигателя переменного тока симметрично, и когда токи в трехфазных обмотках равны, а фазы равны 120? Кроме того, на стержне вала двигателя не индуцируется напряжение.
Когда выходное напряжение ШИМ от инвертора вызывает асимметричное магнитное поле внутри новых двигателей, на стержне вала двигателя будет индуцироваться синфазное напряжение в диапазоне от 10 до 30 В, что связано с напряжением привода, чем выше напряжение привода, тем выше напряжение на штоке вала.
Когда значение этого напряжения превышает изоляционную прочность смазки в подшипнике, образуется путь тока.
В какой-то момент во время вращения стержня оси изоляция смазочного масла снова блокирует ток.
Этот процесс аналогичен процессу включения/выключения механического переключателя.
Этот процесс генерирует электрическую дугу, которая прожигает поверхности вала, шара и чаши, образуя ямки.
При отсутствии внешней вибрации мелкие кратеры не оказывают чрезмерного влияния, но при наличии внешней вибрации кратеры образуются, и это оказывает значительное влияние на работу двигателя от производителей электродвигателей.
Кроме того, эксперименты показали, что пики напряжения на стержне вала также связаны с основной частотой выходного напряжения инвертора; чем ниже основная частота, тем выше напряжение на стержне вала и тем серьезнее повреждение подшипника.
На начальных этапах работы двигателя, когда температура смазки низкая, амплитуда тока составляет 5-200 мА, такой малый ток не приведет к повреждению подшипников.
Однако после того, как двигатель работает в течение определенного периода времени, по мере повышения температуры смазки пиковый ток достигает 5-10 А, что создает летающие дуги, которые образуют небольшие ямки на поверхности компонентов подшипника.
Добро пожаловать, чтобы поделиться с нами дополнительной информацией об электродвигателях в комментариях!
Любой запрос об электродвигателе, пожалуйста, свяжитесь с профессиональным электродвигателем. производитель в Китай следующее:
Dongchun Motor предлагает широкий ассортимент электродвигателей, которые используются в различных отраслях, таких как транспорт, инфраструктура и строительство.
Получите оперативный ответ.
