インバータモータのよくある故障とメンテナンス対策

1 インバータモータの特性

1.1 電磁設計

通常の非同期モーターの場合、インバーターモーターの設計で考慮される主な性能パラメーターは、過負荷容量、始動性能、効率、力率です。

インバータモータの場合、臨界ターンダウン率は電源周波数に反比例するため、臨界ターンダウン率が１に近い場合には直接始動することができます。

したがって、過負荷耐量や始動性能についてはあまり考慮する必要はありませんが、非正弦波電源に対するモータの適応性をいかに向上させるかが重要な問題となります。

まず、ステータとロータの抵抗を可能な限り低減します。

ステータ抵抗を低減することで、基本的な銅消費量を削減し、高調波による銅消費量の増加を補うことができます[3]。

次に、電流の高調波を抑制するには、モーターのインダクタンスを適切に増やす必要があります。

ただし、ロータスロットの漏れ抵抗が大きくなり、その表皮効果も大きくなり、高調波銅の消費量が増加します。

したがって、モータの漏れ抵抗の大きさは、速度調整範囲全体でのインピーダンス整合の合理性を考慮する必要があります。

また、インバータモータの主磁気回路は一般に飽和しないように設計されており、高調波により磁気回路の飽和が深くなることが考えられます。

もう一つは、出力トルクを向上させるために、低周波数においてインバータの出力電圧を適切に上昇させることを考慮することである。

1.2 構造設計

構造設計では、主にインバーターモーターの絶縁構造、振動、騒音冷却モードなどの非正弦波電力特性も考慮します。

まず絶縁レベルですが、一般的にはF級以上で、対地絶縁とラインターン絶縁強度を強化し、特に衝撃電圧に耐える絶縁能力を考慮します。

モータの振動や騒音については、モータ部品や全体の剛性を十分に考慮し、力波ごとの共振現象を避けるために固有振動数の向上に努める必要があります。

一般に、強制換気冷却が使用されます。つまり、メイン モーターの冷却ファンが独立したモーターによって駆動されます [4]。

容量が160KWを超えるモータは、軸電流が発生する磁気回路の非対称性が生じやすいことや、他の高周波部品で発生する電流が重畳する場合などに軸受絶縁対策を講じる必要があります。

軸電流が大幅に増加して軸受の損傷につながるため、一般的には絶縁対策が行われます。

また、定出力インバータモータの場合、回転速度が3000/minを超える場合には、軸受の温度上昇を補うために耐熱性のある特殊グリースを使用する必要があります。

2 周波数変換モーターの共通故障診断、バッテリー端子の腐食

2.1 ターン間短絡および部分放電、ヒューズ切れ

ターン間短絡および部分放電は、現在のインバータ モータ絶縁型故障のより一般的な形式であり、ターン間短絡は一般に、モータ コイルの 1 つに対する広い範囲の損傷として現れます。

部分放電はモーターコイルに集中しており、外観は良好ですが、絶縁抵抗はゼロの状態を示しています。

現時点では、モーターの絶縁システムは、単一の要因だけでなく、局所的な放電、局所的な媒体の加熱、その他の要因による損傷の影響を受けます。

局所放電: 現在、中小型容量インバータの動作では、IGBT パワーデバイスのパルス幅変調技術を使用することが一般的です。

PWM 速度制御デバイスを相互に構成するコンポーネントは、そびえ立つスパイクを提供する可能性があり、波は急峻なフロント特性を持ち、変調周波数が高いため、絶縁に及ぼす害の影響はより深刻です。

局所誘電加熱:

モーター内の電界強度 E が絶縁臨界値を大幅に超えた場合、誘電体の損失の程度もますます深刻になります。

特に周波数が高くなる状況では、部分放電も増加し、発熱するため、漏れ電流やその他の問題がさらに深刻になることは避けられません[1]。

時間の経過とともに、単位体積あたりの損失が増加するだけでなく、モーターの温度上昇も上昇し続けるため、絶縁劣化がますます加速します。

周期的交互応力:

PWMインバータ給電方式を採用しているため、実用化時にはインバータが提供する様々な方法でインバータモータに直接ブレーキをかけることができます。

モーターの絶縁は、周期的な交流応力の影響下で絶縁全体にわたってますます早く劣化します。

初期段階の設計リンクでは電気的および機械的完全性が考慮されていないため、モーター速度の経年劣化プロセスは増加し続けることになります。

2.2 ベアリングの損傷、過度の振動

PWMインバータ駆動システムの本格稼働時の影響と相まって、インバータモータ全体のベアリング損傷問題はますます深刻になり、ベアリング損傷や過度の振動などの問題が発生することも多くなります。

高速線材工場の690kWインバーターモーターでは、稼働後わずか3か月で振動などの深刻な問題が発生し始めました。

トラブルシューティングとメンテナンスの問題のために、モーターをオフラインで分解したところ、ベアリングの表面にはさらに焼けた斑点があり、これらの焼け斑点もさらに明白であったことがわかりました。その理由は、モーターのベアリングが劣化していたためでした。慣性負荷が大きいため、軸電流の影響により重大な損傷を受ける可能性があります。

2.3 バッテリ端子付近の電流振動

分析例と組み合わせると、既存の 250kW/400V/430A インバータ モータ システムが稼動している冷間圧延機では、モータ過負荷による装置の故障問題が継続的に発生しています。

インバータのオーバーホール時には、事前にVFDモータのV/F制御無負荷試験を実施し、その結果に基づいて実施しました。

電気モーターが 7 ～ 30 Hz の範囲で異常な電流を示し、さらに重要なことに、三相電流の振幅が明らかな振動を示し、最大振動電流振幅が 700 A に達したことが判明しました。

障害の問題が発生した後、関連するオーバーホール業者は直ちに既存の機器を対象とした。テストの結果、同じ周波数範囲の電気モーターとインバーターが不安定であり、その他の問題があることが判明した[2]。

動作周波数付近では、電動機の状態はより安定しますが、周波数が 40Hz、特に 20 ～ 30Hz の範囲では、電動機電流は約 10 ～ 20Hz の周期で振動し、ピーク性能が発揮されない場合には、この時間が過剰な熱に対して長すぎると、電気モーターの動作状態全体が深刻な影響を受けます。

状況を分析すると、非同期モーターの場合、偏差率がゼロの状態にある場合、その過渡的な正負のトルク変化には不安定要素が含まれます。

さらに重要なのは、インバータ駆動時のトルク脈動やV/Fの過渡変化によりトルク変動がより顕著になり、振動や連続振動となる場合があります。

このときのトルク脈動と高調波電流等の間には一定の相関関係があります。

インバータモータが不安定な状態で動作している場合は、モータまたはインバータに故障があると単純に考えるのではなく、電動モータのパラメータとパラメータに基づいて両方を総合的に分析することが重要です。これにより、最新のドライブの障害を合理的に判断できるようになります。

3 インバータモータの故障保守対策

インバーターモーターの応用はますます広がっており、インバーターモーターの修理では、インバーターモーターの正常な電力品質の動作を確保するために、インバーターモーターの特性に対して効果的な対策を講じる必要があります。

3.1 周波数変換モーターのメンテナンス要件

VFD モーター、つまり周波数可変駆動モーターは一般的に 4 段モーターを選択します。基本周波数動作点は 50Hz で設計されており、定トルク動作用のモーターの周波数 0 ～ 50Hz (速度 0 ～ 1480r/min) 範囲、周波数 50 ～ 100Hz (定電力動作用の電気モーターの速度 1480-2800r/min) の範囲。

全体の速度範囲 (0-2800r/min) は、基本的に一般的な駆動出力機器の要件、その動作特性、DC 速度制御モーター、スムーズで安定した速度調整を満たしています。

定トルク速度範囲で出力トルクと入力電力を増加させる場合は、6 段または 8 段モーターを選択することもできますが、電気モーターのサイズは比較的大きくなります [5]。

周波数制御モーターの電磁設計は柔軟なCAD設計ソフトウェアを使用するため、電源モーターの基本周波数の設計点をいつでも調整できます。

コンピューター上の各基本周波数点におけるモーターの動作特性の主な原因を正確にシミュレートできるため、モーターの定トルク速度範囲も拡大され、電動モーターの実際の動作条件に応じて拡張できます。

同じ座席番号内でモーターの出力を大きくすることができ、また同一のインバーターをベースに電動モーターの出力トルクを高めることができ、様々な作業環境下でベストな状態で電動モーターを設計・製作することができます。設備の状況。

周波数可変ドライブモーターには追加の速度エンコーダーを装備して、高精度の速度および位置制御と高速な動的応答という利点を実現できます。

電気モーターには特殊な DC (または AC) ブレーキを装備して、高速、効果的、安全かつ信頼性の高いブレーキ性能を実現することもできます。

周波数制御モーターの調整可能な設計により、高速で一定のトルクの特性を維持するさまざまな高速モーターも製造でき、元の中周波モーターをある程度置き換えることができ、低価格です。

三相 AC 同期または非同期モーター用の周波数可変駆動モーター。インバーター出力電源に応じて、三相 380V または三相 220V があります。

したがって、モーター電源にも三相 380V または三相 220V の違いがあり、一般に 4KW 以下のインバーターでは三相 220V のみです。

周波数可変駆動モータには、インバータの異なる定電力速度調整領域と定トルク速度調整領域を分割するための駆動基本周波数点（または変曲点）が与えられるためです。

したがって、インバータの基底周波数点とインバータモータの基底周波数点の設定は非常に重要です。

3.2 断熱性能の向上

コロナ耐性のあるエナメル線を適切に使用することにより、スクリーン ワニス層を適切に増やすことが有益です。

量子化学技術の応用により、シールドに使用される化学材料がワニスの主材料であるワニス系ポリマーの縮合反応に直接関与し、高周波インパルス耐電圧を速やかに分散させることができます。ワニス全体のコロナ耐性を向上させるために、溶解プロセスだけでなく。

タンク断熱材は、NHN や F グレード DMD などのいくつかの異なる混合物から作られていますが、これらは強い有機特性のためコロナ耐性がありません。これに基づいて、マイカを含む新しいタイプのスロット絶縁体が選択されて使用されます。

マイカの添加により、耐コロナ性が向上します。

相間絶縁の観点からは、表面にポリエステルフリースを備えたタイプの製品を選択する必要があります。

このタイプの製品は、他の材料と比較して樹脂の吸収に関して明らかな有利な特性を有しており、ワイヤとの効果的な結合の形成に役立ちます。

含浸工程はインバーターモーターのオーバーホールにおいて常に最も重要な工程の一つであり、最も重要なポイントは樹脂の流れと接続の緩みを避けることです。

通常、VPI を使用して処理することを選択するか、VPI 処理後に含浸プロセスを増やすことが適切な場合があります。これにより、適時に気泡を除去し、巻線の空隙を常に埋めるだけでなく、電気的および電気的特性を改善することができます。巻線の機械的強度を高め、巻線自体の熱や汚れに対する耐性を強化します。

条件が許せば、UV加熱と通電乾燥による処理も可能であり、良好な結果が得られます。

さらに、インバーターモーターのオーバーホールの全プロセスにおいて、短絡やその他の問題の発生を避け、モーターのベアリングやアセンブリの他の部品が基本的な精度要件を確実に満たせるようにするため、重大な局所加熱を避けるように努めることに注意してください。渦電流損などによる問題が発生すると、モータの絶縁性能に影響を与えてしまいます。

3.3 軸電流の影響を排除する

シャフト電流を無害なレベルまで確実に低減するには、通常、シャフト電流が 0.4A/mm2 または 0.35mV 以下に制御されるようにする必要があります。

これに基づいて、特定の環境とモータの使用の種類を考慮して、軸電流の悪影響を排除するための的を絞った対策を講じる必要があります。

電源高調波の抑制：

軸電流の影響を排除するには、インバータ電源速度制御システムを適切に適用することで、フィルタを直接追加するか、サポートする周波数変換速度制御装置を使用します。これにより、高調波の低減に役立ちますが、軸電流、振動、その他の悪影響。

ベアリングの絶縁対策：

軸受に対処するために的を絞った絶縁対策を講じる必要がありますが、同時に軸電流の悪影響を排除することも必要です。現在ではモータの負荷側軸受接地、反負荷側軸受絶縁などの転がり軸受構造を採用する方法が一般的です。

軸受の主要な形式の 1 つとして軸受を絶縁するか、または軸受の内輪、外輪表面およびその他の部分にイオン スプレー法を使用して絶縁層を 50 ～ 100 mm 均一にスプレーするかを選択できます。

さらに、実際の状況に応じて、エンドカバーベアリングチャンバーに直接スリーブを追加したり、スリーブとエンドカバーの間に絶縁層を追加したりして、内側と外側のカバーベアリングをしっかりと固定することもできます。

すべり軸受構造を使用する場合、固定軸受位置または入口および出口オイルパイプラインの位置にパッドエポキシガラスクロスプレートを直接増やしたり、断熱管継手を追加したりすることができ、これらの方法を使用することで効果的に問題を解消できます。軸電流の悪影響。

上記以外にも、ライン監視による絶縁強化やモータの動作環境改善による軸電流の除去などの対策も考えられます。

つまり、実際の状況の特性と要件に応じて、さまざまな観点から、良い結果を達成するために、あらゆる方法を使用することを選択します。

3.4 電流発振問題の改善

長期にわたるテスト、要約、分析を経て、電流の発振問題を確実に効果的に処理し、同時に電流の不安定性を改善します。

これは、モータの回転慣性を継続的に増加させるか、負荷を担持するか、電圧変動の影響を軽減するために電圧インバータの DC 側容量を適切に増加させることによって達成できます。 PWM 制御インバータ動作の現在の状態と組み合わせて。

高速スイッチング コンポーネントを使用するか、PWM 変調周波数を直接低下させると、デッド ゾーンの影響による出力電圧の変動を回避できます。

電流発振の問題を改善するには、電流フィードバックなどを使用して高いターンダウン率のモータを使用することもできます。タイムリーなフィードバックなどの回路ベクトル制御状況を確保して、回路の改善を確実にすることができます。インバータモータの動作が安定します。

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