ความถี่ตัวแปรทำอันตรายอะไรกับมอเตอร์ไฟฟ้า?

การเกิดขึ้นของตัวแปลงความถี่ได้นำนวัตกรรมมาสู่การควบคุมอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและการประหยัดพลังงานของมอเตอร์

การผลิตภาคอุตสาหกรรมแทบจะแยกออกจากอินเวอร์เตอร์ไม่ได้ และแม้แต่ในชีวิตประจำวัน ลิฟต์และเครื่องปรับอากาศอินเวอร์เตอร์ก็กลายเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ของกระบวนการนี้ และอินเวอร์เตอร์ได้เริ่มเจาะเข้าไปในทุกมุมของการผลิตและชีวิต

อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์ยังนำมาซึ่งปัญหาที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนมากมาย ซึ่งความเสียหายต่อมอเตอร์ไฟฟ้าถือเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทั่วไปที่สุด

หลายๆ คนได้ค้นพบปรากฏการณ์ที่อินเวอร์เตอร์เกิดความเสียหายต่อมอเตอร์แล้ว

เช่นโรงงานปั้มน้ำแห่งหนึ่งในช่วง 2 ปีที่ผ่านมาลูกค้าของเขามักแจ้งว่าปั๊มได้รับความเสียหายในช่วงระยะเวลารับประกัน

แต่ในอดีตโรงงานปั๊มแห่งนี้ได้รับความไว้วางใจในเรื่องคุณภาพของผลิตภัณฑ์เป็นอย่างมาก หลังจากการสอบสวนพบว่าปั๊มที่เสียหายเหล่านี้ถูกขับเคลื่อนโดยตัวแปลงความถี่

แม้ว่าปรากฏการณ์ที่อินเวอร์เตอร์จะสร้างความเสียหายให้กับมอเตอร์เป็นเรื่องที่น่ากังวลมากขึ้นเรื่อยๆ แต่กลไกที่ทำให้เกิดปัญหานี้ยังไม่ชัดเจน ไม่ต้องพูดถึงว่าจะป้องกันอย่างไร

วัตถุประสงค์ของการแบ่งปันบทความนี้คือเพื่อแก้ไขความสับสนเหล่านี้

สารบัญ

1 ความเสียหายต่อมอเตอร์ไฟฟ้าจากตัวแปลงความถี่

2 ความแตกต่างระหว่างไดรฟ์อินเวอร์เตอร์และไดรฟ์ความถี่ตัวแปรทางอุตสาหกรรม

3 กลไกความเสียหายต่อขดลวดมอเตอร์โดยตัวแปลงความถี่

4 อิทธิพลของความถี่พาหะต่อฉนวนของมอเตอร์ไฟฟ้า

5 กลไกที่ตัวแปลงความถี่สร้างความเสียหายให้กับแบริ่งมอเตอร์

ความเสียหายต่อมอเตอร์ไฟฟ้าจากตัวแปลงความถี่

ความเสียหายต่อมอเตอร์ไฟฟ้าจากอินเวอร์เตอร์มีสองด้าน ได้แก่ ความเสียหายต่อขดลวดมอเตอร์ และความเสียหายต่อแบริ่งมอเตอร์

นี่แสดงในแผนภาพด้านล่าง:

โดยทั่วไปความเสียหายนี้จะเกิดขึ้นภายในไม่กี่สัปดาห์ถึงหลายสิบเดือน ระยะเวลาที่กำหนดจะเกี่ยวข้องกับแบรนด์ของอินเวอร์เตอร์ แบรนด์ของมอเตอร์ไฟฟ้า กำลังของมอเตอร์ไฟฟ้า ความถี่พาหะของอินเวอร์เตอร์ ความยาวของ สายเคเบิลระหว่างอินเวอร์เตอร์และมอเตอร์ไฟฟ้า อุณหภูมิแวดล้อม และปัจจัยอื่นๆ อีกมากมาย

ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับมอเตอร์ไฟฟ้าตั้งแต่เนิ่นๆ และไม่คาดคิดทำให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาลต่อการผลิตของบริษัท

การสูญเสียนี้ไม่เพียงแต่เป็นค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมและเปลี่ยนมอเตอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสูญเสียทางเศรษฐกิจที่เกิดจากการหยุดการผลิตโดยไม่คาดคิดอีกด้วย

ดังนั้นเมื่อใช้มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ จะต้องให้ความสนใจเพียงพอกับปัญหาความเสียหายของมอเตอร์

ความแตกต่างระหว่างไดรฟ์อินเวอร์เตอร์และไดรฟ์ความถี่ตัวแปรทางอุตสาหกรรม

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจกลไกที่มอเตอร์ความถี่อุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่จะได้รับความเสียหายภายใต้สภาวะที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์พร้อมกับอุปกรณ์ขับเคลื่อน

ก่อนอื่นให้ทำความเข้าใจว่าแรงดันไฟฟ้าที่อินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนมอเตอร์แตกต่างจาก I.F อย่างไร แรงดันไฟฟ้าของเพลา

จากนั้นทำความเข้าใจว่าความแตกต่างนี้ส่งผลเสียต่อมอเตอร์อย่างไร

โครงสร้างพื้นฐานของอินเวอร์เตอร์แสดงในรูปที่ 2 และประกอบด้วยสองส่วน: วงจรเรียงกระแสและวงจรอินเวอร์เตอร์

วงจรเรียงกระแสเป็นวงจรเอาท์พุตแรงดันไฟ DC พุ่งสูงขึ้นซึ่งประกอบด้วยไดโอดทั่วไปและตัวเก็บประจุตัวกรอง ในขณะที่วงจรอินเวอร์เตอร์จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นรูปแบบคลื่นแรงดันไฟฟ้ามอดูเลตความกว้างพัลส์ (แรงดัน PWM)

ดังนั้น รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ที่ขับเคลื่อนมอเตอร์จึงเป็นรูปคลื่นพัลส์ที่มีความกว้างพัลส์ที่แตกต่างกัน แทนที่จะเป็นรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าไซนูซอยด์

การขับมอเตอร์ด้วยแรงดันไฟฟ้าแบบพัลซิ่งเป็นสาเหตุหลักของความล้มเหลวของมอเตอร์ที่จะเกิดความเสียหาย

กลไกความเสียหายต่อขดลวดมอเตอร์โดยตัวแปลงความถี่

เมื่อแรงดันพัลซิ่งถูกส่งผ่านสายเคเบิล ถ้าอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิลไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์ของโหลด จะเกิดการสะท้อนที่ปลายโหลด

การสะท้อนจะส่งผลให้เกิดการซ้อนทับกันของคลื่นตกกระทบและคลื่นสะท้อน ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ซึ่งสามารถเข้าถึงแอมพลิจูดสูงสุดเป็นสองเท่าของแรงดันไฟ DC บัส ซึ่งเทียบเท่ากับประมาณสามเท่าของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของอินเวอร์เตอร์ ดังแสดงใน รูปที่ 3.

แรงดันไฟกระชากที่สูงเกินไปจะถูกเพิ่มเข้าไปในขดลวดของสเตเตอร์ของมอเตอร์ ทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตที่ขดลวด และแรงดันไฟเกินบ่อยครั้งอาจทำให้มอเตอร์ทำงานล้มเหลวก่อนเวลาอันควร

อายุการใช้งานจริงของมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์หลังจากที่ต้องเผชิญกับแรงดันไฟฟ้าช็อตนั้นสัมพันธ์กับปัจจัยหลายประการ รวมถึง อุณหภูมิ การปนเปื้อน การสั่นสะเทือน แรงดันไฟฟ้า ความถี่พาหะ และฝีมือการทำงานของฉนวนคอยล์สำหรับอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติทางไฟฟ้า .

ยิ่งความถี่พาหะของอินเวอร์เตอร์สูงเท่าใด รูปคลื่นกระแสเอาท์พุตก็จะยิ่งใกล้กับคลื่นไซน์มากขึ้นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิในการทำงานของมอเตอร์ และช่วยยืดอายุของฉนวนของมอเตอร์ด้วย

อย่างไรก็ตาม ความถี่พาหะที่สูงขึ้นหมายความว่ามีจำนวนแรงดันไฟฟ้าจำกัดที่พุ่งสูงขึ้นต่อวินาทีและจำนวนแรงกระแทกต่อมอเตอร์ก็จะมากขึ้น

รูปที่ 4 แสดงการเปลี่ยนแปลงของอายุการใช้งานของฉนวนโดยพิจารณาจากความยาวสายเคเบิลและความถี่พาหะ

ดังที่เห็นได้จากกราฟ สำหรับสายเคเบิลยาว 200 ฟุต อายุการใช้งานของฉนวนจะลดลงจากประมาณ 80,000 ชั่วโมงเป็น 20,000 ชั่วโมง (ความแตกต่างสี่เท่า) เมื่อความถี่พาหะเพิ่มขึ้นจาก 3 kHz เป็น 12 kHz (การเปลี่ยนแปลงสี่เท่า)

อิทธิพลของความถี่พาหะต่อฉนวนของมอเตอร์ไฟฟ้า

ยิ่งอุณหภูมิของมอเตอร์สูงขึ้น อายุของฉนวนมอเตอร์ก็จะสั้นลง ดังแสดงในรูปที่ 5 เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 75องศาเซลเซียส อายุการใช้งานของมอเตอร์เพียง 50%

มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวแปลงความถี่จะมีอุณหภูมิมอเตอร์สูงกว่าการขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าความถี่อุตสาหกรรมมาก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้า PWM มีส่วนประกอบความถี่สูงมากกว่า

กลไกที่ตัวแปลงความถี่สร้างความเสียหายให้กับแบริ่งมอเตอร์

อินเวอร์เตอร์ทำให้ตลับลูกปืนของมอเตอร์เสียหายเนื่องจากมีกระแสไหลผ่านตลับลูกปืน และกระแสนี้อยู่ในวงจรที่เชื่อมต่อเป็นช่วงๆ วงจรที่เชื่อมต่อเป็นช่วงๆ จะสร้างส่วนโค้ง และส่วนโค้งจะทำให้ตลับลูกปืนไหม้

มีสองสาเหตุหลักของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแบริ่งของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับตัวใหม่

ประการแรก เหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในที่ไม่สมดุล และประการที่สอง เส้นทางกระแสความถี่สูงที่เกิดจากตัวเก็บประจุที่หลงทาง

สนามแม่เหล็กภายในของมอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับในอุดมคตินั้นมีความสมมาตร และเมื่อกระแสในขดลวดสามเฟสเท่ากันและเฟสเป็น 120? ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นที่แกนเพลาของมอเตอร์

เมื่อแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุต PWM จากอินเวอร์เตอร์ทำให้สนามแม่เหล็กภายในมอเตอร์ใหม่ไม่สมมาตร แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดบนแกนเพลามอเตอร์ในช่วง 10 ถึง 30V ซึ่งสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ ยิ่งสูงเท่าไร แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ยิ่งมีแรงดันไฟฟ้าบนแกนเพลาสูงขึ้น

เมื่อค่าของแรงดันไฟฟ้านี้เกินความแข็งแรงของฉนวนของสารหล่อลื่นในตลับลูกปืน จะเกิดเส้นทางกระแสไฟฟ้าขึ้น

เมื่อถึงจุดหนึ่งระหว่างการหมุนแกนเพลา ฉนวนของน้ำมันหล่อลื่นจะปิดกั้นกระแสอีกครั้ง

กระบวนการนี้คล้ายกับกระบวนการเปิด/ปิดของสวิตช์เชิงกล

กระบวนการนี้จะสร้างส่วนโค้งไฟฟ้าซึ่งจะเผาพื้นผิวของด้าม ลูกบอล และชาม ทำให้เกิดเป็นหลุม

หากไม่มีการสั่นสะเทือนภายนอก หลุมอุกกาบาตขนาดเล็กจะไม่ส่งผลกระทบมากเกินไป แต่เมื่อเกิดการสั่นสะเทือนภายนอก หลุมอุกกาบาตจะถูกสร้างขึ้น และสิ่งนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของมอเตอร์จากผู้ผลิตมอเตอร์ไฟฟ้า

นอกจากนี้ การทดลองยังแสดงให้เห็นว่าจุดสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าบนแกนเพลายังสัมพันธ์กับความถี่พื้นฐานของแรงดันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ด้วย ยิ่งความถี่พื้นฐานต่ำลง แรงดันไฟฟ้าบนแกนเพลาก็จะยิ่งสูงขึ้น และความเสียหายของตลับลูกปืนจะรุนแรงมากขึ้น

ในช่วงแรกของการทำงานของมอเตอร์ เมื่ออุณหภูมิน้ำมันหล่อลื่นต่ำ แอมพลิจูดของกระแสจะอยู่ที่ 5-200mA ซึ่งกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยจะไม่ทำให้ตลับลูกปืนเสียหาย

อย่างไรก็ตาม หลังจากที่มอเตอร์พบกับการทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิของน้ำมันหล่อลื่นเพิ่มขึ้น กระแสไฟสูงสุดจะสูงถึง 5-10A ซึ่งจะสร้างส่วนโค้งลอยที่จะก่อตัวเป็นหลุมเล็กๆ บนพื้นผิวของส่วนประกอบตลับลูกปืน

ยินดีต้อนรับสู่แบ่งปันข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้าในพื้นที่แสดงความคิดเห็น!

หากมีข้อสงสัยเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้า โปรดติดต่อช่างไฟฟ้ามืออาชีพ ผู้ผลิต ใน จีน ดังนี้