Skador på elmotorn av frekvensomformaren

Även om fenomenet att frekvensomformare skadar motorn uppmärksammas alltmer, är folk fortfarande oklart om mekanismen som orsakar detta fenomen, än mindre hur man kan förhindra det.

Skador på motorn orsakad av frekvensomformaren

Skadan på motorn som orsakas av frekvensomformaren inkluderar två aspekter: skador på statorlindningen och skador på lagren. Denna typ av skada inträffar vanligtvis inom några veckor till flera månader, och den specifika tiden är relaterad till många faktorer som frekvensomformarens märke, motorns märke, motorns kraft, frekvensens bärfrekvens. omvandlaren, kabellängden mellan frekvensomformaren och motorn och omgivningstemperaturen. Den tidiga oavsiktliga skadan på motorn medför stora ekonomiska förluster för företagets produktion.

Denna typ av förlust är inte bara kostnaden för motorunderhåll och utbyte, utan ännu viktigare, den ekonomiska förlusten som orsakas av oväntat produktionsstopp. Därför, när du använder en frekvensomformare för att driva motorn, är det nödvändigt att vara tillräckligt uppmärksam på frågan om motorskada.

Skillnaden mellan frekvensomriktare och linjefrekvensomriktare

För att förstå mekanismen genom vilken växelströmsmotorer är mer benägna att skadas under förhållanden med variabel frekvens, är det nödvändigt att först förstå skillnaderna mellan spänningen hos motorer som drivs av frekvensomriktare och spänningen hos motorer som drivs av effektfrekvensen. Sedan är det viktigt att förstå hur denna skillnad påverkar motorn negativt.

Den grundläggande strukturen för frekvensomformaren innehåller två delar: likriktarkretsen och växelriktarkretsen. Likriktarkretsen är en likspänningsutgångskrets som består av vanliga dioder och filtreringskondensatorer. Växelriktarkretsen omvandlar DC-spänningen till en pulsbreddsmodulerad spänningsvågform (PWM-spänning). Därför är spänningsvågformen som driver motorn med frekvensomformaren en pulsvågform med varierande pulsbredd, inte en sinusformad spänningsvågform. Att driva motorn med pulsspänning är den grundläggande orsaken till att motorn är benägen att skadas.

Omriktarens mekanism skadar motorns statorlindning

När pulsspänning överförs genom en kabel, om kabelns impedans inte matchar belastningens impedans, kommer reflektioner att uppstå vid belastningsänden. Resultatet av dessa reflektioner är överlagringen av den infallande vågen och den reflekterade vågen, vilket resulterar i en högre spänning. Amplituden för denna spänning kan nå upp till två gånger DC-bussspänningen, vilket är ungefär tre gånger växelriktarens inspänning. Överdriven toppspänning som appliceras på motorstatorns spolar kan orsaka spänningsstötar i spolarna, och frekventa överspänningsstötar kan leda till för tidigt motorfel.

Den faktiska livslängden för en motor som drivs av en frekvensomformare påverkas av många faktorer, inklusive temperatur, föroreningar, vibrationer, spänning, bärfrekvens och tillverkningsprocessen för spoleisolering.

Ju högre växelriktarens bärfrekvens är, desto närmare är utgångsströmvågformen en sinusvåg, vilket minskar motorns driftstemperatur och förlänger isoleringens livslängd. En högre bärfrekvens betyder dock fler toppspänningar som genereras per sekund och mer påverkan på motorn. Figur 4 visar variationen av isoleringslivslängd med kabellängd och bärfrekvens. För en 200-fots kabel, när bärvågsfrekvensen ökar från 3kHz till 12kHz (en 4-faldig förändring), minskar isoleringslivslängden från cirka 80 000 timmar till 20 000 timmar (en 4-faldig skillnad).

Ju högre temperatur motorn har, desto kortare isoleringslivslängd. När temperaturen stiger till 75°C är motorns livslängd endast 50%. Motorer som drivs av frekvensomvandlare har, på grund av närvaron av fler högfrekventa komponenter i PWM-spänningen, mycket högre temperaturer jämfört med motorer som drivs av effektfrekvensspänning.

Mekanismen för hur frekvensomformaren skadar motorlagren

Orsaken till skadorna på motorlagren av frekvensomformaren är att det flyter ström genom lagren, och denna ström är i ett intermittent anslutet tillstånd. Den intermittenta anslutna kretsen kommer att generera en ljusbåge som bränner lagren.

Det finns två huvudorsaker till att strömmen flyter genom kommunikationsmotorns lager. Först den inducerade spänningen som genereras av obalansen i det interna elektromagnetiska fältet. För det andra, den högfrekventa strömvägen orsakad av strökapacitans.

Det interna magnetfältet i den ideala kommunikationsinduktionsmotorn är symmetriskt. När strömmarna i trefaslindningarna är lika och har en fasskillnad på 120 grader, kommer ingen spänning att induceras på motorns axel. Men när PWM-spänningen från växelriktaren orsakar en obalans i det interna magnetfältet hos motorn, kommer en spänning att induceras på axeln. Storleken på spänningen varierar från 10 till 30V, beroende på drivspänningen. Ju högre drivspänning, desto högre spänning på axeln.

När spänningen överstiger isoleringshållfastheten hos smörjoljan i lagret bildas en elektrisk strömbana. Under rotationen av axeln, vid ett visst ögonblick, avbryter isoleringen av smörjoljan strömmen. Denna process liknar på-av-processen för en mekanisk omkopplare, som genererar en båge och bränner ytan på skaftet, kulan och skaftskålen och bildar kratrar. Om det inte finns någon yttre vibration kommer små kratrar inte att ha någon betydande inverkan. Men om det finns yttre vibrationer kommer spår att bildas, vilket i hög grad påverkar motorns funktion.

Dessutom har experiment visat att spänningen på axeln också är relaterad till grundfrekvensen för växelriktarens utspänning. Ju lägre grundfrekvens, desto högre spänning på axeln, och desto allvarligare lagerskador.

I det inledande skedet av motordrift, när smörjoljetemperaturen är låg, är strömamplituden mellan 5-200mA, en så liten ström kommer inte att orsaka någon skada på lagren. Men eftersom motorn går under en tid och smörjoljans temperatur stiger, kan toppströmmen nå 5-10A, vilket kommer att generera ljusbågar och bilda små gropar på ytan av lagerkomponenterna.

Skydd av motorstatorlindningar

När längden på kabeln överstiger 30 meter kommer moderna frekvensomformare oundvikligen att generera toppspänning i motoränden, vilket förkortar motorns livslängd. För att förhindra skador på motorn finns det två tillvägagångssätt: en är att använda en motor med högre isoleringsmotståndsspänning för lindningen (allmänt kallad en motor med variabel frekvens), och den andra är att vidta åtgärder för att minska toppspänningen. Det förra tillvägagångssättet är lämpligt för nybyggda projekt, medan det senare tillvägagångssättet är lämpligt för eftermontering av befintliga motorer.

För närvarande finns det fyra vanliga metoder för motorskydd:

1) Installera en reaktor vid utgångsterminalen på frekvensomformaren: Denna åtgärd används ofta, men det bör noteras att denna metod har en viss effekt på kortare kablar (mindre än 30 meter), men ibland är effekten inte idealisk.

2) Installera ett dv/dt-filter vid utgången av frekvensomformaren: Denna åtgärd är lämplig för situationer där kabellängden är mindre än 300 meter. Priset är något högre än för en reaktor, men effekten har förbättrats avsevärt.

3) Installera ett sinusformigt vågfilter vid utgången av växelriktaren: Denna åtgärd är den mest idealiska. För här omvandlas PWM-pulsspänningen till en sinusformad vågspänning, motorn arbetar under samma förhållanden som effektfrekvensspänningen, och problemet med toppspänning är helt löst (även om kabeln är lång kommer det inte att finnas någon topp Spänning).

4) Installera överspänningsabsorbenter vid gränssnittet mellan kabeln och motorn: Nackdelarna med de tidigare åtgärderna är att när motorn har en hög effekt, är volymen och vikten av reaktorn eller filtret stora, priset är högt. Dessutom kommer reaktorn och filtret att orsaka ett visst spänningsfall, vilket påverkar motorns utgående vridmoment. Genom att använda en överspänningsabsorbator för frekvensomvandlare kan dessa nackdelar övervinnas.