Das Aufkommen von Frequenzumrichtern hat Innovationen in der industriellen Automatisierungssteuerung und zur Energieeinsparung von Motoren gebracht.
Die industrielle Produktion ist fast untrennbar mit Wechselrichtern verbunden, und selbst im Alltag sind Aufzüge und Wechselrichter-Klimaanlagen zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Prozesses geworden, und Wechselrichter dringen in alle Bereiche der Produktion und des Lebens vor.
Allerdings haben Wechselrichter auch viele noch nie dagewesene Probleme mit sich gebracht, wobei Schäden an Elektromotoren eines der typischsten Phänomene sind.
Viele Menschen haben das Phänomen der Wechselrichterschäden an Motoren bereits entdeckt.
Beispielsweise meldeten Kunden einer Wasserpumpenfabrik in den letzten zwei Jahren häufig, dass die Pumpen während der Garantiezeit beschädigt wurden.
Allerdings war diese Pumpenfabrik in der Vergangenheit hinsichtlich der Produktqualität sehr zuverlässig. Nach einer Untersuchung wurde festgestellt, dass diese beschädigten Pumpen von Frequenzumrichtern angetrieben wurden.
Obwohl das Phänomen, dass Wechselrichter Motoren beschädigen, ein wachsendes Problem darstellt, sind die Mechanismen, die es verursachen, noch nicht klar, geschweige denn, wie man es verhindern kann.
Der Zweck der Veröffentlichung dieses Artikels besteht darin, diese Verwirrungen auszuräumen.
Schäden am Elektromotor durch den Wechselrichter umfassen zwei Aspekte: Schäden an den Motorwicklungen und Schäden an den Motorlagern.
Dies ist im folgenden Diagramm dargestellt:
Dieser Schaden tritt im Allgemeinen innerhalb weniger Wochen bis zu einem Dutzend Monaten auf. Der konkrete Zeitpunkt hängt von der Marke des Wechselrichters, der Marke des Elektromotors, der Leistung der Elektromotoren, der Trägerfrequenz des Wechselrichters und der Länge des Wechselrichters ab Kabel zwischen dem Wechselrichter und den Elektromotoren, die Umgebungstemperatur und viele andere Faktoren.
Frühzeitige und unerwartete Schäden an den Elektromotoren führen zu enormen wirtschaftlichen Verlusten für die Produktion des Unternehmens.
Bei diesem Verlust handelt es sich nicht nur um die Kosten für die Reparatur und den Austausch des Motors, sondern auch um den wirtschaftlichen Verlust, der durch unerwartete Produktionsausfälle verursacht wird.
Daher muss beim Einsatz umrichterbetriebener Motoren ausreichend auf die Problematik einer Motorschädigung geachtet werden.
Unterschied zwischen Wechselrichterantrieb und industriellen Frequenzumrichtern
Es ist wichtig, den Mechanismus zu verstehen, durch den ein industrieller Frequenzmotor unter Umrichterbedingungen mit angetriebener Ausrüstung wahrscheinlicher beschädigt wird.
Verstehen Sie zunächst, wie sich die Spannung, mit der der Wechselrichter den Motor antreibt, von der ZF unterscheidet. Wellenspannungen.
Dann verstehen Sie, wie sich dieser Unterschied negativ auf den Motor auswirkt.
Der Grundaufbau eines Wechselrichters ist in Abbildung 2 dargestellt und besteht aus zwei Teilen: der Gleichrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung.
Die Gleichrichterschaltung ist eine Gleichspannungsspitzen-Ausgangsschaltung, die aus einer gemeinsamen Diode und einem Filterkondensator besteht, während die Wechselrichterschaltung die Gleichspannung in eine pulsweitenmodulierte Spannungswellenform (PWM-Spannung) umwandelt.
Daher ist die Spannungswellenform des Wechselrichters, der die Motoren antreibt, eine Impulswellenform mit variierender Impulsbreite und keine sinusförmige Spannungswellenform.
Das Fahren eines Motors mit gepulster Spannung ist die Hauptursache für die Anfälligkeit des Motors für Beschädigungen.
Mechanismus der Beschädigung von Motorwicklungen durch Frequenzumrichter
Wenn die gepulste Spannung über das Kabel übertragen wird und die Impedanz des Kabels nicht mit der Impedanz der Last übereinstimmt, kommt es am Lastende zu einer Reflexion.
Die Reflexion führt zu einer Überlagerung der einfallenden Welle und der reflektierten Welle, wodurch eine höhere Spannung entsteht, die eine maximale Amplitude von der doppelten DC-Busspannung erreichen kann, was etwa der dreifachen Eingangsspannung des Wechselrichters entspricht, wie in gezeigt Figur 3.
Die zu hohen Spitzenspannungen wirken sich auf die Spulen des Motorstators aus und verursachen Spannungsstöße an den Spulen. Häufige Überspannungsstöße können zu einem vorzeitigen Motorausfall führen.
Die tatsächliche Lebensdauer eines umrichterbetriebenen Motors, nachdem er einem Spannungsspitzenschock ausgesetzt war, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter Temperatur, Verschmutzung, Vibration, Spannung, Trägerfrequenz und die Verarbeitung der Spulenisolierung für die elektrische Automatisierungsindustrie .
Je höher die Trägerfrequenz des Wechselrichters ist, desto näher ist die Ausgangsstromwellenform einer Sinuswelle, die die Betriebstemperatur des Motors verringert und somit die Lebensdauer der motorischen Isolierung verlängert.
Allerdings führt eine höhere Trägerfrequenz dazu, dass mehr Grenzspannungsspitzen pro Sekunde erzeugt werden und die Anzahl der Erschütterungen am Motor größer ist.
Abbildung 4 zeigt die Variation der Isolationslebensdauer als Funktion der Kabellänge und Trägerfrequenz.
Wie aus der Grafik ersichtlich ist, verringert sich bei einem 200 Fuß langen Kabel die Isolationslebensdauer von etwa 80.000 Stunden auf 20.000 Stunden (ein vierfacher Unterschied), wenn die Trägerfrequenz von 3 kHz auf 12 kHz erhöht wird (ein vierfacher Unterschied).
Einfluss der Trägerfrequenz auf die Isolierung von Elektromotoren
Je höher die Temperatur des Motors ist, desto kürzer ist die Lebensdauer der Motorisolierung, wie in Abbildung 5 dargestellt, wenn die Temperatur auf 75 °C ansteigt°C Die Lebensdauer des Motors beträgt nur 50 %.
Motoren, die mit Frequenzumrichtern betrieben werden, weisen eine viel höhere Motortemperatur auf, als wenn sie mit einer industriellen Frequenzspannung betrieben würden, da die PWM-Spannung mehr Hochfrequenzkomponenten enthält
Mechanismen, durch die Frequenzumrichter Motorlager beschädigen
Der Wechselrichter beschädigt die Lager des Motors, da ein Strom durch die Lager fließt und dieser Strom in einem intermittierend verbundenen Stromkreis vorliegt. Der intermittierend verbundene Stromkreis erzeugt einen Lichtbogen und der Lichtbogen verbrennt die Lager.
Es gibt zwei Hauptursachen dafür, dass Strom durch die Lager eines neuen Wechselstrommotors fließt.
Erstens induzierte Spitzenspannungen durch ein unausgeglichenes internes elektromagnetisches Feld und zweitens hochfrequente Strompfade, die durch Streukondensatoren verursacht werden.
Das innere Magnetfeld eines idealen Wechselstrom-Induktionsmotors ist symmetrisch und wenn die Ströme in den drei Phasenwicklungen gleich sind und die Phasen 120? Abgesehen davon wird in der Wellenstange des Motors keine Spannung induziert.
Wenn die vom Wechselrichter ausgegebene PWM-Spannung dazu führt, dass das Magnetfeld im Inneren der neuen Motoren asymmetrisch ist, wird an der Motorwellenstange eine Gleichtaktspannung im Bereich von 10 bis 30 V induziert, die mit der Antriebsspannung zusammenhängt, je höher sie ist Je höher die Antriebsspannung, desto höher ist die Spannung an der Schaftstange.
Wenn der Wert dieser Spannung die Isolationsfestigkeit des Schmiermittels im Lager übersteigt, entsteht ein Strompfad.
Irgendwann während der Drehung der Achsstange blockiert die Isolierung des Schmieröls den Strom erneut.
Dieser Vorgang ähnelt dem Ein-/Aus-Vorgang eines mechanischen Schalters.
Bei diesem Vorgang entsteht ein Lichtbogen, der die Oberflächen von Schaft, Kugel und Schüssel verbrennt und Löcher bildet.
Wenn keine externen Vibrationen vorhanden sind, wirken sich die kleinen Krater nicht übermäßig aus. Bei externen Vibrationen entstehen jedoch Krater, die sich erheblich auf die Funktion des Motors der Elektromotorenhersteller auswirken.
Darüber hinaus haben Experimente gezeigt, dass die Spannungsspitzen am Wellenstab auch mit der Grundfrequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung zusammenhängen; Je niedriger die Grundfrequenz ist, desto höher ist die Spannung an der Wellenstange und desto schwerwiegender ist der Lagerschaden.
In den frühen Phasen des Motorbetriebs, wenn die Schmierstofftemperatur niedrig ist, beträgt die Stromamplitude 5-200 mA, ein so kleiner Strom verursacht keine Schäden an den Lagern.
Nachdem der Motor jedoch eine Zeit lang in Betrieb war und die Temperatur des Schmiermittels ansteigt, erreicht der Spitzenstrom 5–10 A, wodurch fliegende Lichtbögen entstehen, die kleine Vertiefungen auf der Oberfläche der Lagerkomponenten bilden.
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Dongchun Motor verfügt über eine breite Palette von Elektromotoren, die in verschiedenen Branchen wie Transport, Infrastruktur und Bauwesen eingesetzt werden.
