Kemunculan pemacu kekerapan berubah -ubah (VFD) telah merevolusikan kawalan automasi perindustrian dan kecekapan tenaga motor. VFD hampir tidak diperlukan dalam pengeluaran perindustrian, dan walaupun dalam kehidupan seharian, mereka telah menjadi komponen penting dalam lif dan pembolehubah - penghawa dingin kekerapan. VFD telah meresap setiap sudut pengeluaran dan kehidupan seharian. Walau bagaimanapun, mereka juga telah memperkenalkan cabaran yang belum pernah terjadi sebelumnya, dengan kerosakan motor menjadi salah satu isu yang paling menonjol.
Ramai telah melihat fenomena motor yang merosakkan VFD. Sebagai contoh, pengeluar pam baru -baru ini menghadapi laporan yang kerap daripada pelanggan mengenai kegagalan pam yang berlaku dalam tempoh jaminan. Sebelum ini, produk pengeluar ini terkenal dengan kebolehpercayaan mereka. Siasatan mendedahkan bahawa semua pam yang rosak didorong oleh pemacu kekerapan berubah -ubah.
Walaupun isu VFD - kerosakan motor yang diinduksi semakin mendapat perhatian, mekanisme asas tetap tidak jelas, dan langkah -langkah pencegahan tidak diketahui. Artikel ini bertujuan untuk menangani ketidakpastian ini.
Kerosakan pada motor yang disebabkan oleh VFD
Kerosakan kepada motor dari VFDS ditunjukkan dalam dua cara utama: Stator berliku -liku kerosakan dan kerosakan galas, seperti yang digambarkan dalam Rajah 1. Kerosakan tersebut biasanya berlaku dalam jangka masa yang berlainan dari beberapa minggu hingga setahun. Tempoh tertentu bergantung kepada pelbagai faktor, termasuk jenama VFD, jenama motor, penarafan kuasa motor, kekerapan pembawa VFD, panjang kabel antara VFD dan motor, dan suhu ambien. Kegagalan motor pramatang menyebabkan kerugian ekonomi yang besar terhadap perusahaan. Kerugian ini merangkumi bukan sahaja kos pembaikan dan penggantian tetapi, lebih kritikal, kesan kewangan downtime pengeluaran yang tidak dijangka. Oleh itu, apabila menggunakan VFD untuk memacu motor, isu kerosakan motor memerlukan perhatian yang ketara.
Perbezaan antara pemacu kekerapan berubah -ubah dan pemacu frekuensi garis
Untuk memahami mengapa motor frekuensi garis lebih terdedah kepada kerosakan di bawah keadaan pemacu kekerapan berubah -ubah, seseorang mesti memahami perbezaan antara voltan yang dibekalkan oleh pemacu kekerapan berubah -ubah dan voltan frekuensi garis. Kemudian, seseorang mesti memahami bagaimana perbezaan ini menjejaskan motor.
Untuk memahami mengapa motor lebih terdedah kepada kerosakan di bawah keadaan pemacu VFD berbanding dengan operasi frekuensi -, kita mesti terlebih dahulu memeriksa perbezaan antara voltan yang dibekalkan oleh voltan frekuensi VFD dan garis -. Kita mesti memahami bagaimana perbezaan ini memberi kesan negatif kepada motor.
Struktur asas pemacu kekerapan berubah ditunjukkan dalam Rajah 2, yang terdiri daripada dua bahagian utama: litar penerus dan litar penyongsang. Litar penerus membentuk litar output voltan DC menggunakan diod standard dan kapasitor penapis. Litar penyongsang menukarkan voltan DC ini ke dalam nadi - lebar gelombang voltan modulasi (voltan PWM). Oleh itu, bentuk gelombang voltan yang memandu motor dari VFD adalah bentuk gelombang nadi dengan lebar nadi yang berbeza -beza, bukan bentuk gelombang voltan sinusoidal. Memandu motor dengan voltan berdenyut ini adalah punca asas kerosakan motor.
Mekanisme kerosakan penyongsang terhadap gulungan pemegun motor
Apabila voltan nadi menyebarkan melalui kabel, impedans yang tidak sesuai antara kabel dan beban menyebabkan refleksi pada hujung beban. Refleksi ini mengakibatkan superposisi kejadian dan gelombang yang dicerminkan, menghasilkan voltan yang lebih tinggi. Amplitudo mereka boleh mencapai dua kali ganda voltan bas DC - kira -kira tiga kali voltan input inverter - seperti yang digambarkan dalam Rajah 3. Voltan lonjakan yang berlebihan tinggi yang digunakan untuk penggulungan stator motor menyebabkan lonjakan voltan. Lonjakan overvoltage yang kerap boleh menyebabkan kegagalan motor pramatang.
Jangka hayat sebenar motor yang didorong oleh pemacu kekerapan berubah -ubah selepas tertakluk kepada pancang voltan bergantung kepada pelbagai faktor, termasuk suhu, pencemaran, getaran, voltan, kekerapan pembawa, dan proses pembuatan penebat gegelung.
Semakin tinggi kekerapan pembawa penukar frekuensi, semakin dekat bentuk gelombang semasa output mendekati gelombang sinus. Ini mengurangkan suhu operasi motor, dengan itu memanjangkan jangka hayat penebat. Walau bagaimanapun, kekerapan pembawa yang lebih tinggi bermakna lebih banyak voltan lonjakan yang dihasilkan sesaat, mengakibatkan kesan yang lebih kerap pada motor. Rajah 4 menggambarkan bagaimana jangka hayat penebat bervariasi dengan panjang kabel dan kekerapan pembawa. Grafik menunjukkan bahawa untuk kabel 200 kaki, meningkatkan kekerapan pembawa dari 3 kHz hingga 12 kHz (peningkatan empat kali ganda) mengurangkan hayat penebat dari kira-kira 80,000 jam hingga 20,000 jam (penurunan empat kali ganda).
Kesan kekerapan pembawa pada penebat
Semakin tinggi suhu motor, jangka hayat penebat yang lebih pendek. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, apabila suhu meningkat hingga 75 darjah, jangka hayat motor dikurangkan kepada hanya 50%. Motor yang didorong oleh pemacu kekerapan berubah -ubah (VFD) mengalami suhu yang lebih tinggi berbanding dengan yang didorong oleh voltan frekuensi utiliti, disebabkan oleh voltan PWM yang mengandungi bahagian tinggi komponen kekerapan - tinggi.
Mekanisme Kerosakan pemacu kekerapan berubah -ubah pada galas motor
Penyebab kerosakan pemacu kekerapan berubah kepada galas motor adalah aliran arus melalui galas, yang berlaku dalam keadaan bersambung secara berselang -seli. Litar bersambung secara berselang -seli menjana arka, dan arka ini membakar galas.
Dua punca utama mendorong aliran semasa melalui galas motor AC: pertama, voltan yang disebabkan oleh ketidakseimbangan medan elektromagnet dalaman; Kedua, tinggi - jalur semasa frekuensi yang dicipta oleh kapasitans sesat.
Dalam motor induksi AC yang ideal, medan magnet dalaman adalah simetri. Apabila arus dalam gulungan fasa tiga - adalah sama dan fasa - beralih dengan 120 darjah, tiada voltan diinduksi pada aci motor. Walau bagaimanapun, apabila output voltan PWM dari penyongsang menyebabkan asimetri medan magnet dalam motor, voltan diinduksi pada aci. Voltan ini biasanya berkisar antara 10 hingga 30V, bergantung kepada voltan pemacu - voltan pemacu yang lebih tinggi menghasilkan voltan aci yang lebih tinggi. Jika voltan ini melebihi kekuatan penebat minyak pelincir dalam galas, jalan elektrik terbentuk. Apabila aci berputar, penebat minyak pelincir secara berkala mengganggu aliran semasa. Proses ini menyerupai tindakan beralih suis mekanikal, menghasilkan arcing yang menghancurkan permukaan batang, bola, dan kaum galas, membentuk lubang. Tanpa getaran luaran, pitting kecil menyebabkan kesan minimum. Walau bagaimanapun, apabila digabungkan dengan getaran luaran, ia mewujudkan alur yang ketara menjejaskan operasi motor.
Di samping itu, eksperimen menunjukkan bahawa voltan pada aci juga berkaitan dengan kekerapan asas voltan output penyongsang. Semakin rendah kekerapan asas, semakin tinggi voltan pada aci, mengakibatkan kerosakan galas yang lebih teruk.
Semasa fasa operasi awal apabila suhu pelincir adalah rendah, amplitud semasa berkisar antara 5 hingga 200 Ma. Arus rendah sedemikian tidak menyebabkan kerosakan galas. Walau bagaimanapun, selepas operasi yang berpanjangan, apabila suhu pelincir meningkat, arus puncak boleh mencapai 5 hingga 10 A. Ini mendorong arcing, membentuk lubang mikro - pada permukaan galas.
Melindungi gelombang stator motor
Apabila panjang kabel melebihi 30 meter, pemacu kekerapan pembolehubah moden (VFD) tidak dapat dielakkan menghasilkan voltan lonjakan di terminal motor, memendekkan jangka hayat motor. Dua pendekatan menghalang kerosakan motor: menggunakan motor dengan kekuatan pecahan penebat penggulungan yang lebih tinggi (biasanya dipanggil VFD - motor yang serasi) atau melaksanakan langkah -langkah untuk mengurangkan voltan lonjakan. Yang pertama sesuai untuk projek -projek baru, sementara yang terakhir sangat sesuai untuk dipasang semula motor sedia ada.
Pada masa ini, empat kaedah perlindungan motor biasa digunakan:
(1) Memasang reaktor pada output penyongsang: Ini adalah pendekatan yang paling kerap digunakan. Walau bagaimanapun, ambil perhatian bahawa walaupun berkesan untuk kabel yang lebih pendek (di bawah 30 meter), prestasinya kadang -kadang suboptimal, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6 (c).
(2) Memasang penapis DV/DT pada output penyongsang: Ini sesuai untuk panjang kabel di bawah 300 meter. Walaupun sedikit lebih mahal daripada reaktor, ia memberikan hasil yang lebih baik, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6 (d).
(3) Memasang penapis gelombang sinus pada output penyongsang: Ini adalah penyelesaian yang paling ideal. Dengan menukar voltan nadi PWM ke dalam voltan gelombang sinus, motor beroperasi di bawah keadaan yang sama dengan voltan frekuensi garis. Pendekatan ini sepenuhnya menyelesaikan masalah voltan spike (voltan spike tidak akan berlaku tanpa mengira panjang kabel).
(4) Memasang penyerap voltan spike pada kabel - antara muka motor: Kelemahan langkah -langkah sebelumnya ialah reaktor atau penapis menjadi besar, berat, dan mahal untuk kuasa tinggi -. Di samping itu, kedua -dua reaktor dan penapis menyebabkan titisan voltan yang mengurangkan tork output motor. Menggunakan penyerap voltan spike penyongsang mengatasi batasan -batasan ini. Penyerap voltan SVA Surge yang dibangunkan oleh 706 Institut Akademi Kedua Casic menggunakan elektronik kuasa maju dan teknologi kawalan pintar, menjadikannya penyelesaian yang ideal untuk mencegah kerosakan motor. Tambahan pula, penyerap SVA Surge juga melindungi galas motor.