على الرغم من الاهتمام المتزايد بظاهرة إتلاف محول التردد للمحرك، إلا أن الناس ما زالوا غير متأكدين من الآلية المسببة لهذه الظاهرة، ناهيك عن كيفية منعها.
تلف المحرك الناتج عن محول التردد
يتضمن تلف المحرك الناتج عن محول التردد جانبين: تلف ملف الجزء الثابت وتلف المحامل. يحدث هذا النوع من الضرر عمومًا خلال بضعة أسابيع إلى عدة أشهر، ويرتبط الوقت المحدد بالعديد من العوامل مثل العلامة التجارية لمحول التردد، والعلامة التجارية للمحرك، وقوة المحرك، والتردد الحامل للتردد المحول، وطول الكابل بين محول التردد والمحرك، ودرجة الحرارة المحيطة. يؤدي الضرر العرضي المبكر للمحرك إلى خسائر اقتصادية فادحة في إنتاج المؤسسة.
ولا يقتصر هذا النوع من الخسارة على تكلفة صيانة المحرك واستبداله فحسب، بل الأهم من ذلك هو الخسارة الاقتصادية الناجمة عن التوقف غير المتوقع للإنتاج. ولذلك، عند استخدام محول التردد لقيادة المحرك، فمن الضروري إيلاء اهتمام كاف لمسألة تلف المحرك.
الفرق بين محرك التردد المتغير ومحرك التردد الخطي
لفهم الآلية التي تكون بها محركات التيار المتردد أكثر عرضة للتلف في ظل ظروف محرك التردد المتغير، من الضروري أن نفهم أولاً الاختلافات بين جهد المحركات التي تحركها محركات التردد المتغير وجهد المحركات التي يقودها تردد الطاقة. ومن ثم، من المهم أن نفهم كيف يؤثر هذا الاختلاف سلبًا على المحرك.
يتضمن الهيكل الأساسي لمحول التردد جزأين: دائرة المقوم ودائرة العاكس. دائرة المقوم عبارة عن دائرة خرج جهد تيار مستمر تتكون من ثنائيات عادية ومكثفات ترشيح. تقوم دائرة العاكس بتحويل جهد التيار المستمر إلى شكل موجة جهد معدلة بعرض النبضة (جهد PWM). ولذلك، فإن شكل موجة الجهد الذي يحرك المحرك مع محول التردد هو شكل موجة نبضية ذات عرض نبضي متفاوت، وليس شكل موجة جهد جيبي. إن قيادة المحرك بجهد النبض هو السبب الأساسي الذي يجعل المحرك عرضة للتلف.
آلية العاكس تلحق الضرر باللف الثابت للمحرك
عندما يتم نقل جهد النبض عبر كابل، إذا كانت مقاومة الكابل لا تتطابق مع مقاومة الحمل، فستحدث انعكاسات عند نهاية الحمل. نتيجة هذه الانعكاسات هي تراكب الموجة الساقطة والموجة المنعكسة، مما يؤدي إلى ارتفاع الجهد. يمكن أن تصل سعة هذا الجهد إلى ضعف جهد ناقل التيار المستمر، وهو ما يعادل تقريبًا ثلاثة أضعاف جهد دخل العاكس. يمكن أن يؤدي تطبيق جهد الذروة المفرط على ملفات الجزء الثابت للمحرك إلى حدوث صدمات جهد للملفات، ويمكن أن تؤدي صدمات الجهد الزائد المتكررة إلى فشل المحرك المبكر.
يتأثر العمر الفعلي للمحرك الذي يتم تشغيله بواسطة محول التردد بعدة عوامل، بما في ذلك درجة الحرارة والتلوث والاهتزاز والجهد وتردد الناقل وعملية تصنيع عزل الملف.
كلما زاد تردد الموجة الحاملة للعاكس، كلما كان شكل موجة تيار الخرج أقرب إلى موجة جيبية، مما يقلل من درجة حرارة تشغيل المحرك ويطيل عمر العزل. ومع ذلك، فإن تردد الموجة الحاملة الأعلى يعني المزيد من الفولتية الذروة المتولدة في الثانية والمزيد من التأثيرات على المحرك. يوضح الشكل 4 تباين عمر العزل مع طول الكابل وتردد الموجة الحاملة. بالنسبة لكابل بطول 200 قدم، عندما يزيد تردد الناقل من 3 كيلو هرتز إلى 12 كيلو هرتز (تغيير 4 أضعاف)، ينخفض عمر العزل من حوالي 80000 ساعة إلى 20000 ساعة (فرق 4 أضعاف).
كلما ارتفعت درجة حرارة المحرك، كلما كان عمر العزل أقصر. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 75 درجة مئوية، يكون عمر المحرك 50% فقط. تتمتع المحركات التي تعمل بمحولات التردد، نظرًا لوجود المزيد من المكونات عالية التردد في جهد PWM، بدرجات حرارة أعلى بكثير مقارنة بالمحركات التي تعمل بجهد تردد الطاقة.
آلية كيفية إتلاف محول التردد لمحامل المحرك
سبب تلف محامل المحرك بواسطة محول التردد هو وجود تيار يتدفق عبر المحامل، وهذا التيار يكون في حالة توصيل متقطعة. سوف تولد الدائرة المتصلة المتقطعة قوسًا يحرق المحامل.
هناك سببان رئيسيان لتدفق التيار عبر محامل محرك الاتصال. أولاً، الجهد المستحث الناتج عن اختلال توازن المجال الكهرومغناطيسي الداخلي. ثانيًا، مسار التيار عالي التردد الناتج عن السعة الشاردة.
المجال المغناطيسي الداخلي للمحرك التعريفي للاتصالات المثالي متماثل. عندما تكون تيارات اللفات ثلاثية الطور متساوية ولها فرق طور قدره 120 درجة، لن يتم حث أي جهد على عمود المحرك. ومع ذلك، عندما يتسبب خرج جهد PWM من العاكس في حدوث خلل في المجال المغناطيسي الداخلي للمحرك، سيتم حث الجهد على العمود. يتراوح حجم الجهد من 10 إلى 30 فولت، اعتمادًا على جهد القيادة. كلما زاد جهد القيادة، زاد الجهد على العمود.
عندما يتجاوز الجهد قوة العزل لزيت التشحيم في المحمل، يتم تشكيل مسار تيار كهربائي. أثناء دوران العمود، في لحظة معينة، يقطع عزل زيت التشحيم التيار. تشبه هذه العملية عملية التشغيل والإيقاف للمفتاح الميكانيكي، والتي تولد قوسًا وتحرق سطح العمود والكرة ووعاء العمود، وتشكل الحفر. إذا لم يكن هناك اهتزاز خارجي، فلن يكون للحفر الصغيرة تأثير كبير. ومع ذلك، إذا كان هناك اهتزاز خارجي، سيتم تشكيل الأخاديد، مما يؤثر بشكل كبير على تشغيل المحرك.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التجارب أن الجهد الكهربي على العمود يرتبط أيضًا بالتردد الأساسي لجهد الخرج للعاكس. كلما انخفض التردد الأساسي، زاد الجهد الكهربي على العمود، وأصبح تلف المحمل أكثر خطورة.
في المرحلة الأولى من تشغيل المحرك، عندما تكون درجة حرارة زيت التشحيم منخفضة، تكون سعة التيار بين 5-200 مللي أمبير، مثل هذا التيار الصغير لن يسبب أي ضرر للمحامل. ومع ذلك، عندما يعمل المحرك لفترة من الوقت وترتفع درجة حرارة زيت التشحيم، يمكن أن يصل تيار الذروة إلى 5-10 أمبير، مما سيولد قوسًا كهربائيًا ويشكل حفرًا صغيرة على سطح مكونات المحمل.
حماية اللفات الجزء الثابت للمحرك
عندما يتجاوز طول الكابل 30 مترًا، فإن محولات التردد الحديثة ستولد حتماً ذروة الجهد عند طرف المحرك، مما يقلل من عمر المحرك. لمنع تلف المحرك، هناك طريقتان: الأول هو استخدام محرك ذو جهد تحمل عزل أعلى للملف (يشار إليه عمومًا بمحرك التردد المتغير)، والآخر هو اتخاذ تدابير لتقليل جهد الذروة. النهج الأول مناسب للمشاريع المشيدة حديثًا، في حين أن النهج الأخير مناسب لتعديل المحركات الحالية.
حاليًا، هناك أربع طرق شائعة الاستخدام لحماية المحركات:
1) تركيب مفاعل عند طرف خرج محول التردد: هذا الإجراء شائع الاستخدام، ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذه الطريقة لها تأثير معين على الكابلات الأقصر (أقل من 30 مترًا)، ولكن في بعض الأحيان لا يكون التأثير مثاليًا.
2) قم بتركيب مرشح dv/dt عند مخرج محول التردد: هذا القياس مناسب للحالات التي يكون فيها طول الكابل أقل من 300 متر. السعر أعلى قليلاً من سعر المفاعل، ولكن تم تحسين التأثير بشكل ملحوظ.
3) قم بتركيب مرشح الموجة الجيبية عند مخرج العاكس: هذا الإجراء هو الأكثر مثالية. لأنه هنا، يتم تحويل جهد نبض PWM إلى جهد موجة جيبية، ويعمل المحرك في نفس ظروف جهد تردد الطاقة، ويتم حل مشكلة ذروة الجهد بالكامل (حتى لو كان الكابل طويلًا، فلن تكون هناك ذروة الجهد االكهربى).
4) قم بتركيب ممتصات الجهد الكهربي عند السطح البيني بين الكابل والمحرك: تتمثل عيوب التدابير السابقة في أنه عندما يكون للمحرك طاقة عالية، يكون حجم ووزن المفاعل أو الفلتر كبيرًا، ويكون السعر مرتفعًا. بالإضافة إلى ذلك، المفاعل والمرشح سوف يتسببان في انخفاض معين في الجهد، مما يؤثر على عزم الدوران الناتج للمحرك. باستخدام ممتص الجهد الكهربي لمحول التردد، يمكن التغلب على هذه العيوب.
