Pojawienie się przetwornic częstotliwości wprowadziło innowacje w sterowaniu automatyką przemysłową i oszczędzaniu energii silników.
Produkcja przemysłowa jest niemal nierozerwalnie związana z falownikami i nawet w życiu codziennym windy i klimatyzatory inwerterowe stały się nieodzowną częścią procesu, a falowniki zaczęły przenikać do wszystkich zakątków produkcji i życia.
Falowniki niosły jednak ze sobą także wiele niespotykanych dotąd problemów, wśród których jednym z najbardziej typowych zjawisk jest uszkodzenie silników elektrycznych.
Wiele osób odkryło już zjawisko uszkodzenia silników przez falownik.
Przykładowo w fabryce pomp wodnych w ciągu ostatnich dwóch lat jego klienci często zgłaszali, że pompy uległy uszkodzeniu w okresie gwarancyjnym.
Jednak w przeszłości ta fabryka pomp była bardzo niezawodna pod względem jakości produktów. Po dochodzeniu ustalono, że uszkodzone pompy były napędzane przez przetwornice częstotliwości.
Choć zjawisko niszczenia silników przez falowniki budzi coraz większe obawy, mechanizmy, które je powodują, nie są jeszcze jasne, nie mówiąc już o tym, jak temu zapobiec.
Celem udostępnienia tego artykułu jest rozwiązanie tych nieporozumień.
Uszkodzenia silników elektrycznych przez przetwornice częstotliwości
Uszkodzenie silnika elektrycznego spowodowane przez falownik obejmuje dwa aspekty: uszkodzenie uzwojeń silnika i uszkodzenie łożysk silnika.
Pokazano to na poniższym schemacie:
Uszkodzenie to zwykle następuje w ciągu kilku tygodni do kilkunastu miesięcy, konkretny czas jest związany z marką falownika, marką silnika elektrycznego, mocą silników elektrycznych, częstotliwością nośną falownika, długością kabla pomiędzy falownikiem a silnikami elektrycznymi, temperaturą otoczenia i wieloma innymi czynnikami.
Wczesne i nieoczekiwane uszkodzenia silników elektrycznych powodują ogromne straty ekonomiczne w produkcji firmy.
Strata ta to nie tylko koszt naprawy i wymiany silnika, ale także strata ekonomiczna spowodowana nieoczekiwanymi przestojami w produkcji.
Dlatego przy zastosowaniu silników napędzanych inwerterem należy zwrócić szczególną uwagę na kwestię uszkodzeń silnika.
Różnica między napędem inwerterowym a przemysłowymi napędami o zmiennej częstotliwości
Ważne jest zrozumienie mechanizmu, dzięki któremu przemysłowy silnik częstotliwościowy jest bardziej podatny na uszkodzenie w warunkach pracy z falownikiem i napędzanym sprzętem.
Najpierw zrozum, czym różni się napięcie, przy którym falownik napędza silnik, od napięcia I.F. napięcia na wale.
Następnie zrozum, jak ta różnica ma niekorzystny wpływ na silnik.
Podstawowa konstrukcja falownika pokazana jest na rysunku 2 i składa się z dwóch części: obwodu prostownika i obwodu falownika.
Obwód prostownika to obwód wyjściowy impulsów napięcia prądu stałego, składający się ze wspólnej diody i kondensatora filtrującego, natomiast obwód falownika przetwarza napięcie prądu stałego na kształt fali napięcia o modulowanej szerokości impulsu (napięcie PWM).
Dlatego przebieg napięcia falownika sterującego silnikami jest przebiegiem impulsowym o zmiennej szerokości impulsu, a nie sinusoidalnym przebiegiem napięcia.
Praca silnika przy napięciu pulsacyjnym jest podstawową przyczyną podatności silnika na uszkodzenia.
Mechanizm uszkodzenia uzwojeń silnika przez przetwornice częstotliwości
Kiedy pulsacyjne napięcie jest przesyłane kablem, a impedancja kabla nie odpowiada impedancji obciążenia, po stronie obciążenia nastąpi odbicie.
Odbicie powoduje nałożenie się fali padającej i fali odbitej, tworząc wyższe napięcie, które może osiągnąć maksymalną amplitudę dwukrotnie większą od napięcia szyny DC, co jest w przybliżeniu równoważne trzykrotności napięcia wejściowego falownika, jak pokazano na rysunku 3.
Do cewek stojana silnika dodawane jest zbyt wysokie napięcie szczytowe, powodując udary napięciowe cewek, a częste udary przepięciowe mogą prowadzić do przedwczesnej awarii silnika.
Rzeczywista żywotność silnika napędzanego falownikiem po poddaniu go udarowi napięcia jest związana z wieloma czynnikami, w tym temperaturą, zanieczyszczeniem, wibracjami, napięciem, częstotliwością nośną i jakością wykonania izolacji cewki w przemyśle automatyki elektrycznej.
Im wyższa częstotliwość nośna falownika, tym przebieg prądu wyjściowego jest bliższy sinusoidzie, co obniży temperaturę roboczą silnika, a tym samym wydłuży żywotność izolacji silnika.
Jednakże wyższa częstotliwość nośna oznacza, że na sekundę generowana jest większa liczba skoków napięcia granicznego, a liczba wstrząsów silnika jest większa.
Rysunek 4 przedstawia zmianę trwałości izolacji w funkcji długości kabla i częstotliwości nośnej.
Jak widać z wykresu, w przypadku kabla o długości 200 stóp trwałość izolacji zmniejsza się z około 80 000 godzin do 20 000 godzin (czterokrotna różnica), gdy częstotliwość nośna wzrasta z 3 kHz do 12 kHz (czterokrotna zmiana).
Wpływ częstotliwości nośnej na izolację silników elektrycznych
Im wyższa temperatura silnika, tym krótsza żywotność izolacji silnika, jak pokazano na rysunku 5, gdy temperatura wzrasta do 75°C°C , żywotność silnika wynosi tylko 50%.
Silniki napędzane przez przetwornice częstotliwości będą miały znacznie wyższą temperaturę silnika, niż gdyby były napędzane napięciem o częstotliwości przemysłowej, ponieważ napięcie PWM zawiera więcej składników o wysokiej częstotliwości
Mechanizmy, za pomocą których przetwornice częstotliwości uszkadzają łożyska silnika
Falownik uszkadza łożyska silnika, ponieważ przez łożyska przepływa prąd, a prąd ten płynie w obwodzie podłączonym z przerwami, obwód połączony z przerwami tworzy łuk, a łuk spala łożyska.
Istnieją dwie główne przyczyny przepływu prądu przez łożyska nowego silnika prądu przemiennego.
Po pierwsze, indukowane napięcia szczytowe z niezrównoważonego wewnętrznego pola elektromagnetycznego, a po drugie, ścieżki prądowe o wysokiej częstotliwości spowodowane przez kondensatory błądzące.
Wewnętrzne pole magnetyczne idealnego silnika indukcyjnego prądu przemiennego jest symetryczne, a gdy prądy w uzwojeniach trójfazowych są równe, a fazy wynoszą 120? od siebie, na drążku wału silnika nie indukuje się żadne napięcie.
Gdy napięcie wyjściowe PWM z falownika powoduje asymetryczność pola magnetycznego wewnątrz nowych silników, na trzpieniu wału silnika indukuje się napięcie wspólne w zakresie od 10 do 30 V, które jest powiązane z napięciem napędu. Im wyższe napięcie napędu, tym wyższe napięcie na pręcie wału.
Gdy wartość tego napięcia przekracza wytrzymałość izolacyjną smaru w łożysku, powstaje ścieżka prądu.
W pewnym momencie obrotu drążka osi izolacja oleju smarowego ponownie blokuje prąd.
Proces ten jest podobny do procesu włączania/wyłączania przełącznika mechanicznego.
Proces ten wytwarza łuk elektryczny, który spala powierzchnie wału, kuli i misy, tworząc wgłębienia.
Jeśli nie ma wibracji zewnętrznych, małe kratery nie mają nadmiernego wpływu, ale gdy występują wibracje zewnętrzne, tworzą się kratery, co ma znaczący wpływ na działanie silników producentów silników elektrycznych.
Ponadto eksperymenty wykazały, że szczyty napięcia na pręcie wału są również powiązane z częstotliwością podstawową napięcia wyjściowego falownika; im niższa częstotliwość podstawowa, tym wyższe napięcie na drążku wału i poważniejsze uszkodzenie łożyska.
We wczesnych fazach pracy silnika, gdy temperatura smaru jest niska, amplituda prądu wynosi 5-200mA, tak mały prąd nie spowoduje uszkodzenia łożysk.
Jednakże, gdy silnik pracuje przez pewien czas, wraz ze wzrostem temperatury smaru, prąd szczytowy osiągnie 5-10 A, co spowoduje powstanie latających łuków, które utworzą małe wgłębienia na powierzchni elementów łożyska.
Zapraszamy do podzielenia się z nami dodatkowymi informacjami na temat silników elektrycznych w obszarze komentarzy!
W przypadku jakichkolwiek zapytań dotyczących silnika elektrycznego prosimy o kontakt z profesjonalnym silnikiem elektrycznym producent W Chiny następująco:
Silnik Dongchun oferuje szeroką gamę silników elektrycznych stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, takich jak transport, infrastruktura i budownictwo.
Przejdź do treści 
