O motor quebrou rapidamente e o inversor está agindo como um demônio?Leia o segredo entre o motor e o inversor em um artigo!
Muitas pessoas descobriram o fenômeno de danos ao inversor no motor.Por exemplo, em uma fábrica de bombas d'água, nos últimos dois anos, seus usuários relataram frequentemente que a bomba d'água foi danificada durante o período de garantia.No passado, a qualidade dos produtos da fábrica de bombas era muito confiável.Após investigação, descobriu-se que todas essas bombas d'água danificadas eram acionadas por conversores de frequência.
O surgimento dos conversores de frequência trouxe inovações no controle da automação industrial e na economia de energia dos motores.A produção industrial é quase inseparável dos conversores de frequência.Mesmo no dia a dia, elevadores e aparelhos de ar condicionado inverter tornaram-se peças indispensáveis.Os conversores de frequência começaram a penetrar em todos os cantos da produção e da vida.Porém, o conversor de frequência também traz muitos problemas sem precedentes, entre os quais os danos ao motor são um dos fenômenos mais típicos.
Muitas pessoas descobriram o fenômeno de danos ao inversor no motor.Por exemplo, em uma fábrica de bombas d'água, nos últimos dois anos, seus usuários relataram frequentemente que a bomba d'água foi danificada durante o período de garantia.No passado, a qualidade dos produtos da fábrica de bombas era muito confiável.Após investigação, descobriu-se que todas essas bombas d'água danificadas eram acionadas por conversores de frequência.
Embora o fenômeno de o conversor de frequência danificar o motor tenha atraído cada vez mais atenção, as pessoas ainda não conhecem o mecanismo desse fenômeno, muito menos como evitá-lo.O objetivo deste artigo é resolver essas confusões.
Danos ao inversor no motor
Os danos do inversor ao motor incluem dois aspectos, os danos ao enrolamento do estator e os danos ao rolamento, conforme mostrado na Figura 1. Esse tipo de dano geralmente ocorre dentro de algumas semanas a dez meses, e o tempo específico depende na marca do inversor, na marca do motor, na potência do motor, na frequência portadora do inversor, no comprimento do cabo entre o inversor e o motor e na temperatura ambiente.Muitos fatores estão relacionados.Os danos acidentais precoces do motor trazem enormes perdas econômicas para a produção do empreendimento.Este tipo de perda não é apenas o custo de reparação e substituição do motor, mas, mais importante ainda, a perda económica causada pela paragem inesperada da produção.Portanto, ao usar um conversor de frequência para acionar um motor, deve-se prestar atenção suficiente ao problema de danos ao motor.
Danos ao inversor no motor
A diferença entre inversor e conversor de frequência industrial
Para entender o mecanismo pelo qual os motores de frequência de potência têm maior probabilidade de serem danificados sob a condição de acionamento do inversor, primeiro entenda a diferença entre a tensão do motor acionado pelo inversor e a tensão de frequência de potência.Então aprenda como essa diferença pode afetar negativamente o motor.
A estrutura básica do conversor de frequência é mostrada na Figura 2, incluindo duas partes, o circuito retificador e o circuito inversor.O circuito retificador é um circuito de saída de tensão CC composto por diodos comuns e capacitores de filtro, e o circuito inversor converte a tensão CC em uma forma de onda de tensão modulada por largura de pulso (tensão PWM).Portanto, a forma de onda de tensão do motor acionado por inversor é uma forma de onda de pulso com largura de pulso variável, em vez de uma forma de onda de tensão senoidal.Acionar o motor com tensão de pulso é a causa raiz dos danos fáceis do motor.
O mecanismo de dano ao inversor no enrolamento do estator do motor
Quando a tensão de pulso é transmitida no cabo, se a impedância do cabo não corresponder à impedância da carga, ocorrerá reflexão na extremidade da carga.O resultado da reflexão é que a onda incidente e a onda refletida se sobrepõem para formar uma tensão mais alta.Sua amplitude pode atingir no máximo o dobro da tensão do barramento CC, que é cerca de três vezes a tensão de entrada do inversor, conforme mostrado na Figura 3. Tensão de pico excessiva é adicionada à bobina do estator do motor, causando um choque de tensão na bobina , e choques frequentes de sobretensão farão com que o motor falhe prematuramente.
Depois que o motor acionado pelo conversor de frequência é afetado pela tensão de pico, sua vida útil real está relacionada a muitos fatores, incluindo temperatura, poluição, vibração, tensão, frequência portadora e processo de isolamento da bobina.
Quanto maior a frequência portadora do inversor, mais próxima a forma de onda da corrente de saída estará de uma onda senoidal, o que reduzirá a temperatura operacional do motor e prolongará a vida útil do isolamento.No entanto, uma frequência portadora mais elevada significa que o número de tensões de pico geradas por segundo é maior e o número de choques no motor é maior.A Figura 4 mostra a vida útil do isolamento em função do comprimento do cabo e da frequência portadora.Pode-se observar na figura que, para um cabo de 200 pés, quando a frequência portadora aumenta de 3kHz para 12kHz (uma mudança de 4 vezes), a vida útil do isolamento diminui de cerca de 80.000 horas para 20.000 horas (uma diferença de 4 vezes).
Influência da frequência portadora no isolamento
Quanto maior a temperatura do motor, menor será a vida útil do isolamento, conforme mostra a Figura 5, quando a temperatura sobe para 75°C, a vida útil do motor é de apenas 50%.Para um motor acionado por um inversor, como a tensão PWM contém mais componentes de alta frequência, a temperatura do motor será muito mais alta do que a de um inversor de frequência de potência.
Mecanismo de rolamento do motor danificado pelo inversor
A razão pela qual o conversor de frequência danifica o mancal do motor é que há uma corrente fluindo através do mancal e essa corrente está em estado de conexão intermitente.O circuito de conexão intermitente gerará um arco e o arco queimará o rolamento.
Existem duas razões principais para a corrente fluir nos rolamentos do motor CA.Primeiro, a tensão induzida gerada pelo desequilíbrio do campo eletromagnético interno e, segundo, o caminho da corrente de alta frequência causado pela capacitância parasita.
O campo magnético dentro do motor de indução CA ideal é simétrico.Quando as correntes dos enrolamentos trifásicos são iguais e as fases diferem em 120°, nenhuma tensão será induzida no eixo do motor.Quando a tensão PWM emitida pelo inversor faz com que o campo magnético dentro do motor seja assimétrico, uma tensão será induzida no eixo.A faixa de tensão é de 10 ~ 30 V, que está relacionada à tensão de acionamento.Quanto maior a tensão de acionamento, maior será a tensão no eixo.alto.Quando o valor desta tensão excede a rigidez dielétrica do óleo lubrificante no rolamento, forma-se um caminho de corrente.Em algum momento durante a rotação do eixo, o isolamento do óleo lubrificante interrompe novamente a corrente.Este processo é semelhante ao processo liga-desliga de uma chave mecânica.Neste processo, será gerado um arco que fará a ablação da superfície do eixo, da esfera e da tigela do eixo, formando covas.Se não houver vibração externa, pequenas covinhas não terão muita influência, mas se houver vibração externa serão produzidos sulcos, o que tem grande influência no funcionamento do motor.
Além disso, experimentos mostraram que a tensão no eixo também está relacionada à frequência fundamental da tensão de saída do inversor.Quanto menor a frequência fundamental, maior será a tensão no eixo e mais graves serão os danos ao rolamento.
No estágio inicial de operação do motor, quando a temperatura do óleo lubrificante está baixa, a faixa de corrente é de 5-200mA, uma corrente tão pequena não causará nenhum dano ao rolamento.Porém, quando o motor funciona por um período de tempo, à medida que a temperatura do óleo lubrificante aumenta, a corrente de pico atingirá 5-10A, o que causará descargas elétricas e formará pequenos buracos na superfície dos componentes do rolamento.
Proteção dos enrolamentos do estator do motor
Quando o comprimento do cabo excede 30 metros, os conversores de frequência modernos inevitavelmente geram picos de tensão na extremidade do motor, encurtando a vida útil do motor.Existem duas idéias para evitar danos ao motor.Uma é usar um motor com maior isolamento de enrolamento e rigidez dielétrica (geralmente chamado de motor de frequência variável), e a outra é tomar medidas para reduzir a tensão de pico.A primeira medida é adequada para projetos recém-construídos e a última medida é adequada para a transformação de motores existentes.
Atualmente, os métodos de proteção de motores comumente usados são os seguintes:
1) Instale um reator na extremidade de saída do conversor de frequência: Esta medida é a mais comumente utilizada, mas deve-se ressaltar que este método tem certo efeito em cabos mais curtos (abaixo de 30 metros), mas às vezes o efeito não é ideal , conforme mostrado na Figura 6 (c).
2) Instale um filtro dv/dt na extremidade de saída do conversor de frequência: Esta medida é adequada para ocasiões onde o comprimento do cabo é inferior a 300 metros e o preço é um pouco superior ao do reator, mas o efeito foi melhorou significativamente, como mostrado na Figura 6(d).
3) Instale um filtro senoidal na saída do conversor de frequência: esta medida é a mais ideal.Porque aqui a tensão de pulso PWM é transformada em tensão de onda senoidal, o motor funciona nas mesmas condições que a tensão de frequência de energia e o problema de tensão de pico foi completamente resolvido (não importa o comprimento do cabo, haverá sem tensão de pico).
4) Instale um absorvedor de pico de tensão na interface entre o cabo e o motor: a desvantagem das medidas anteriores é que quando a potência do motor é grande, o reator ou filtro tem grande volume e peso, e o preço é relativamente alto.Além disso, o reator Tanto o filtro quanto o filtro causarão uma certa queda de tensão, que afetará o torque de saída do motor.Usar o absorvedor de tensão de pico do inversor pode superar essas deficiências.O absorvedor de tensão de pico SVA desenvolvido por 706 da Segunda Academia de Ciência Aeroespacial e Indústria Corporation adota tecnologia avançada de eletrônica de potência e tecnologia de controle inteligente e é um dispositivo ideal para solucionar danos ao motor.Além disso, o amortecedor de pontas SVA protege os rolamentos do motor.
O absorvedor de tensão de pico é um novo tipo de dispositivo de proteção do motor.Conecte os terminais de entrada de energia do motor em paralelo.
1) O circuito de detecção de tensão de pico detecta a amplitude da tensão na linha de alimentação do motor em tempo real;
2) Quando a magnitude da tensão detectada exceder o limite definido, controle o circuito tampão de energia de pico para absorver a energia da tensão de pico;
3) Quando a energia da tensão de pico está cheia do buffer de energia de pico, a válvula de controle de absorção de energia de pico é aberta, de modo que a energia de pico no buffer seja descarregada no absorvedor de energia de pico e a energia elétrica seja convertida em calor energia;
4) O monitor de temperatura monitora a temperatura do absorvedor de energia de pico.Quando a temperatura está muito alta, a válvula de controle de absorção de pico de energia é devidamente fechada para reduzir a absorção de energia (sob a premissa de garantir a proteção do motor), de modo a evitar o superaquecimento do absorvedor de pico de tensão e causar danos.dano;
5) A função do circuito de absorção de corrente do mancal é absorver a corrente do mancal e proteger o mancal do motor.
Comparado com o filtro du/dt mencionado acima, filtro de onda senoidal e outros métodos de proteção de motor, o absorvedor de pico tem as maiores vantagens de tamanho pequeno, preço baixo e fácil instalação (instalação paralela).Especialmente no caso de alta potência, as vantagens do absorvedor de pico em termos de preço, volume e peso são muito proeminentes.Além disso, por ser instalado em paralelo, não haverá queda de tensão, e haverá uma certa queda de tensão no filtro du/dt e no filtro de onda senoidal, e a queda de tensão do filtro de onda senoidal é próxima de 10 %, o que fará com que o torque do motor seja reduzido.
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