1. Le caratteristiche del motore a frequenza variabile
1.1 Progettazione elettromagnetica
Per i motori asincroni ordinari, i principali parametri prestazionali considerati nella progettazione dei motori a frequenza variabile sono la capacità di sovraccarico, le prestazioni di avviamento, l'efficienza e il fattore di potenza. Per quanto riguarda il motore a conversione di frequenza, poiché lo scorrimento critico è inversamente proporzionale alla frequenza di alimentazione, può essere avviato direttamente quando lo scorrimento critico è vicino a 1.
Pertanto, la capacità di sovraccarico e le prestazioni di avviamento non devono più essere considerate troppo e il problema chiave da risolvere è come migliorare l'adattabilità del motore alla potenza dell'onda non sinusoidale. Innanzitutto, ridurre il più possibile la resistenza dello statore e del rotore.
La riduzione della resistenza dello statore può ridurre la perdita fondamentale del rame per compensare l'aumento della perdita di rame causata dalle armoniche di ordine elevato. In secondo luogo, per sopprimere le armoniche più elevate nella corrente, è necessario aumentare opportunamente l'induttanza del motore. Tuttavia, la reattanza di dispersione della fessura del rotore è elevata, anche l'effetto pelle è ampio e aumenta anche la perdita di rame delle armoniche di ordine superiore.
Pertanto, la dimensione della reattanza di dispersione del motore dovrebbe tenere conto della razionalità dell'adattamento dell'impedenza nell'intero intervallo di velocità. Inoltre, il circuito magnetico principale del motore a frequenza variabile è generalmente progettato per essere in uno stato insaturo. Il primo è considerare che le armoniche di ordine elevato approfondiranno la saturazione del circuito magnetico, mentre l'altro è considerare che alle basse frequenze la tensione di uscita dell'inverter dovrebbe essere opportunamente aumentata per aumentare la coppia di uscita.
1.2 Progettazione strutturale
Quando si progetta la struttura, viene considerata principalmente l'influenza delle caratteristiche di potenza non sinusoidali sulla struttura di isolamento, sulle vibrazioni e sui metodi di raffreddamento del rumore del motore a frequenza variabile. Prima di tutto, in termini di livello di isolamento, è generalmente di livello F o superiore e l'isolamento del terreno e l'intensità dell'isolamento della svolta sono rafforzati, in particolare si dovrebbe considerare la capacità dell'isolamento di resistere alla tensione d'impatto. Per i problemi di vibrazione e rumore del motore, è necessario considerare pienamente la rigidità dei componenti del motore e dell'insieme, e cercare di aumentarne la frequenza naturale per evitare la risonanza con ogni onda di forza.
Generalmente per il raffreddamento viene utilizzata la ventilazione forzata, ovvero la ventola di raffreddamento del motore principale è azionata da un motore indipendente. Le misure di isolamento dei cuscinetti dovrebbero essere utilizzate per motori con una capacità superiore a 160 kW, principalmente perché è facile generare asimmetria del circuito magnetico e corrente all'albero. Quando le correnti generate da altri componenti ad alta frequenza lavorano insieme, la corrente dell'albero aumenterà notevolmente, provocando danni ai cuscinetti, quindi generalmente vengono adottate misure di isolamento.
Inoltre, per i motori a frequenza variabile a potenza costante, quando la velocità supera i 3000 giri/min, è necessario utilizzare un grasso speciale con resistenza alle alte temperature per compensare l'aumento di temperatura del cuscinetto.
2 Diagnosi dei guasti comuni dei motori a frequenza variabile
2.1 Cortocircuito tra le svolte, scarica parziale
I cortocircuiti tra le svolte e le scariche parziali sono forme relativamente comuni di guasti di isolamento nei motori a frequenza variabile. Tra questi, un cortocircuito tra le svolte si manifesta generalmente come un'ampia area danneggiata su una delle bobine del motore e la scarica parziale è concentrata nell'aspetto della bobina del motore. Ma è stato dimostrato che la resistenza di isolamento è pari a zero. In questo momento, il danno al sistema di isolamento del motore non è causato solo da un singolo fattore ma anche da scarica parziale, riscaldamento del mezzo locale e altri fattori.
Scarica parziale: attualmente, nel processo di funzionamento degli inverter di piccola e media capacità, viene generalmente utilizzata la tecnologia di modulazione dell'ampiezza dell'impulso dei dispositivi di potenza IGBT. Il dispositivo di controllo della velocità PWM composto da questi componenti può fornire picchi imponenti e i picchi hanno caratteristiche del fronte ripido. Allo stesso tempo, la sua frequenza di modulazione è più elevata, quindi il danno all'isolamento è più grave.
Riscaldamento locale del mezzo: se l'intensità del campo elettrico E nel motore ha superato in modo evidente il valore critico di isolamento, le perdite nel mezzo diventeranno sempre più gravi. In particolare, con l'aumento della frequenza, aumenteranno anche le scariche parziali, generando calore che inevitabilmente causerà problemi più seri come la corrente di dispersione. Nel tempo, non solo aumenteranno le perdite per unità di volume, ma anche l'aumento di temperatura del motore continuerà a crescere, il che porterà virtualmente a un invecchiamento sempre più rapido dell'isolamento.
Sollecitazioni cicliche alternate: tramite la modalità di alimentazione PWM a frequenza variabile, quando il motore a frequenza variabile viene messo in funzione, può frenare direttamente attraverso vari metodi forniti dal convertitore di frequenza. Sotto l'influenza di sollecitazioni cicliche variabili, la velocità di invecchiamento dell'isolamento del motore aumenterà sempre di più. Poiché l'integrità elettrica e meccanica non è stata considerata in modo completo nella fase iniziale di progettazione, il processo di invecchiamento del motore continuerà ad aumentare.
2.2 Danni ai cuscinetti, vibrazioni eccessive
In combinazione con l'effetto del sistema di azionamento dell'inverter PWM quando viene messo in funzione formalmente, il problema dei danni ai cuscinetti dell'intero motore di conversione di frequenza diventerà sempre più serio e spesso si verificano anche problemi come danni ai cuscinetti e vibrazioni eccessive. Dopo l'utilizzo di un motore a frequenza variabile da 690 kW in una fabbrica di filo ad alta velocità, in soli 3 mesi hanno iniziato a manifestarsi problemi come gravi vibrazioni. Durante l'esecuzione della diagnosi dei guasti e della manutenzione per questo problema, il motore è stato smontato offline e si è riscontrato che c'erano molti punti bruciati sulla superficie del cuscinetto e questi punti bruciati erano anche relativamente evidenti. Il motivo era che il cuscinetto del motore era gravemente danneggiato a causa dell'influenza della corrente sull'albero.
2.3 Oscillazione della corrente
Analizzando con esempi, è presente un sistema motore a frequenza variabile da 250 kW/400 V/430 A in un impianto di laminazione a freddo e il problema della combustione dei componenti si è verificato continuamente durante il funzionamento. Durante la manutenzione e il trattamento del convertitore di frequenza, è stata eseguita in anticipo l'operazione di prova senza carico del controllo V/F sul motore.
Secondo i risultati del test, è stato riscontrato che la corrente del motore era anomala nell'intervallo da 7 a 30 Hz e, cosa più importante, l'ampiezza della corrente trifase presenta un'evidente oscillazione e l'ampiezza della corrente di oscillazione più alta può raggiungere 700 A. Dopo che si è verificato il problema del guasto, il personale addetto alla manutenzione ha immediatamente eseguito dei test sui motori esistenti e sui convertitori di frequenza dello stesso tipo. Dai risultati dei test è emerso che i motori e i convertitori di frequenza nella stessa gamma di frequenza erano instabili. Vicino alla frequenza di alimentazione, lo stato del motore è relativamente stabile, ma se si trova a una frequenza di 40 Hz, soprattutto nell'intervallo compreso tra 20 e 30 Hz, la corrente del motore oscillerà con un periodo compreso tra circa 10 e 20 Hz. Se il valore di picco in questo momento è troppo alto, il motore e l'intero funzionamento del sistema ne risentiranno seriamente.
Per analizzare questa situazione, per i motori asincroni, se il tasso di scorrimento è zero, ci saranno fattori instabili nelle variazioni positive e negative della coppia transitoria. Ancora più importante, l'ondulazione di coppia determinata dall'inverter, la variazione transitoria di V/F causerà un'ondulazione di coppia più evidente, che potrebbe evolversi in vibrazione o addirittura continuare a vibrare. In questa situazione esiste una certa correlazione tra l'ondulazione della coppia, la corrente armonica e altri fattori.
Se il motore a frequenza variabile è in funzione, il suo stato di funzionamento è instabile e non si deve semplicemente considerare che il motore o il convertitore di frequenza siano difettosi, ma è necessario analizzare in modo completo i parametri del motore e del convertitore di frequenza, in modo da esprimere un giudizio ragionevole sulla colpa.
3. Misure di manutenzione per guasto del motore di conversione di frequenza
I motori a frequenza variabile sono sempre più diffusi. Per la loro manutenzione, è necessario adottare misure efficaci in base alle loro caratteristiche, al fine di garantirne il normale funzionamento.
3.1 Requisiti per la manutenzione del motore con regolazione della velocità a frequenza variabile
I motori con regolazione della velocità a conversione di frequenza generalmente scelgono motori a 4 stadi, il punto operativo della frequenza base è progettato a 50 Hz, il motore funziona con coppia costante nell'intervallo di frequenza di 0-50 Hz (velocità 0-1480 giri/min) e la frequenza è 50 -100 Hz (velocità 1480-2800 giri/min) Il motore funziona a potenza costante entro l'intervallo minimo) e l'intero intervallo di regolazione della velocità è (0-2800 giri/min), che sostanzialmente soddisfa i requisiti delle apparecchiature di guida generali. Le sue caratteristiche di funzionamento sono le stesse dei motori con regolazione della velocità CC e la regolazione della velocità è fluida e stabile.
Se si desidera aumentare la coppia in uscita entro l'intervallo di regolazione della velocità a coppia costante, è anche possibile scegliere un motore a 6 o 8 livelli, ma il volume del motore è relativamente maggiore. Poiché la progettazione elettromagnetica del motore con regolazione della velocità a frequenza variabile utilizza un software di progettazione CAD flessibile, il punto di progettazione della frequenza fondamentale del motore può essere regolato in qualsiasi momento e possiamo simulare accuratamente le caratteristiche di funzionamento del motore in ciascun punto di frequenza fondamentale sul computer.
La gamma di regolazione della velocità a coppia costante del motore è stata ampliata. A seconda delle effettive condizioni di lavoro del motore, possiamo aumentare la potenza del motore mantenendo la stessa dimensione del telaio oppure utilizzare lo stesso convertitore di frequenza per aumentare la potenza del motore. La coppia in uscita viene aumentata ulteriormente per soddisfare la progettazione e la fabbricazione del motore nel migliore stato in varie condizioni di lavoro.
Il motore con regolazione della velocità a frequenza variabile può essere dotato di un encoder di velocità aggiuntivo, che può realizzare i vantaggi di velocità ad alta precisione, controllo della posizione e risposta caratteristica dinamica rapida. Può anche essere dotato di uno speciale freno CC (o CA) per il motore per ottenere prestazioni di frenata del motore rapide, efficaci, sicure e affidabili.
Grazie al design a frequenza base regolabile del motore con regolazione della velocità a frequenza variabile, possiamo anche produrre vari motori ad alta velocità che mantengono le caratteristiche di coppia costante durante il funzionamento ad alta velocità, sostituendo in una certa misura i motori originali a frequenza intermedia e il il prezzo è basso Il motore con regolazione della velocità a frequenza variabile è un motore sincrono o asincrono CA trifase. A seconda della potenza di uscita dell'inverter, ci sono 380 V trifase o 220 V trifase, quindi anche l'alimentazione del motore è 380 V trifase o 220 V trifase.
Generalmente, l'inverter inferiore a 4KW ha solo tre fasi da 220 V, poiché il motore a frequenza variabile è diviso in diverse aree di regolazione della velocità a potenza costante e regioni di regolazione della velocità a coppia costante in base al punto di frequenza base (o punto di flesso) del motore, le impostazioni del Il punto di frequenza base del convertitore di frequenza e il punto di frequenza base del motore di conversione di frequenza sono entrambi molto importanti.
3.2 Migliorare le prestazioni di isolamento
L'uso razionale del filo smaltato resistente alla corona è favorevole ad aumentare adeguatamente lo strato di pellicola di vernice dello schermo. Attraverso l'applicazione della tecnologia della chimica quantistica, i materiali chimici utilizzati per la schermatura possono partecipare direttamente alla reazione di policondensazione dei polimeri a base di vernice come materiale principale del film di vernice, garantendo che la tensione di resistenza agli impulsi ad alta frequenza possa essere dispersa e dissolta nel tempo per migliorare la resistenza corona complessiva del film di vernice. Il materiale isolante delle fessure è attualmente costituito da diverse miscele come NHN e DMD di grado F. Questo tipo di materiale ha forti caratteristiche organiche, quindi non ha resistenza al corona. Sulla base di ciò, viene selezionato da utilizzare un nuovo tipo di isolamento delle fessure contenente mica, e l'aggiunta di mica è vantaggiosa per migliorare la resistenza alla corona.
In termini di isolamento fase per fase, dovrebbe essere selezionato il tipo di prodotto con vello di poliestere sulla superficie. Rispetto ad altri materiali, questo tipo di prodotto presenta evidenti vantaggi nell'assorbire la resina, che favorisce la formazione di un legame efficace con il filo.
Il processo di impregnazione è sempre stato uno dei processi più importanti nella manutenzione dei motori a frequenza variabile. Il punto più importante è evitare il deflusso della resina. Di solito si sceglie di utilizzare VPI per il trattamento, o dopo il trattamento VPI, è possibile aggiungere opportunamente il processo di impregnazione, il che favorisce l'eliminazione delle bolle d'aria nel tempo, riempiendo continuamente il traferro nell'avvolgimento e può anche migliorare la resistenza elettrica e meccanica dell'avvolgimento per garantire che la propria resistenza al calore e alle macchie siano rafforzate. Se le condizioni lo consentono, può essere trattato mediante riscaldamento ultravioletto e l’attuale metodo di essiccazione, che può ottenere buoni risultati.
Inoltre, va notato che durante l'intero processo di manutenzione del motore a frequenza variabile, evitare cortocircuiti e altri problemi, assicurarsi che l'assemblaggio di vari componenti come i cuscinetti del motore possa soddisfare i requisiti di precisione di base e cercare di evitare gravi problemi locali riscaldamento causato dalla perdita di correnti parassite e altri problemi, altrimenti influenzerà inevitabilmente le prestazioni di isolamento del motore.
3.3 Eliminare l'influenza della corrente d'albero
Per garantire che la corrente dell'albero possa essere ridotta a un livello innocuo, solitamente è necessario garantire che la corrente dell'albero sia controllata al di sotto di 0.4 A/mm2 o 0.35 mV. Sulla base di ciò, è necessario adottare contromisure mirate in combinazione con l'ambiente di utilizzo specifico e le caratteristiche del tipo del motore per eliminare gli effetti negativi della corrente d'albero.
Soppressione delle armoniche dell'alimentazione: per eliminare l'influenza della corrente d'albero, attraverso l'applicazione ragionevole del sistema di controllo della velocità dell'alimentatore dell'inverter, è possibile aggiungere direttamente filtri o utilizzare il dispositivo di controllo della velocità di conversione di frequenza corrispondente, che è favorevole alla riduzione delle armoniche. Allo stesso tempo, può anche ridurre gli effetti negativi della corrente dell'albero e delle vibrazioni.
Misure di isolamento dei cuscinetti: l'adozione di misure di isolamento mirate per i cuscinetti può anche eliminare in tempo gli effetti negativi della corrente d'albero. Attualmente, il metodo comune consiste nel mettere a terra il cuscinetto sul lato carico del motore e isolare il cuscinetto sul lato non carico. Quando si utilizza la struttura del cuscinetto volvente, è possibile scegliere di utilizzare il cuscinetto isolante come forma del cuscinetto principale oppure sulla superficie dell'anello interno e dell'anello esterno del cuscinetto. Utilizzare il metodo di spruzzatura ionica per spruzzare uniformemente lo strato isolante da 50 a 100 mm. Inoltre, a seconda della situazione reale, è possibile aggiungere direttamente un manicotto alla camera dei cuscinetti del coperchio terminale e uno strato isolante tra il manicotto e il coperchio terminale per fissare i cuscinetti del coperchio interno ed esterno. Quando si utilizza la struttura portante scorrevole, è possibile aggiungere direttamente cuscinetti in tessuto di vetro epossidico nella posizione del cuscinetto fisso o aggiungere giunti isolanti nella posizione delle tubazioni di ingresso e uscita dell'olio. L'utilizzo di questi metodi può eliminare efficacemente gli effetti negativi della corrente d'albero.
Quando si elimina la corrente dell'albero, oltre ai metodi sopra indicati, è anche possibile scegliere di utilizzare la linea di monitoraggio per rafforzare le prestazioni di isolamento e migliorare l'ambiente operativo del motore e altre strategie. Insomma, qualunque sia il metodo che si sceglie di utilizzare, per ottenere buoni risultati è necessario iniziare da più angolazioni a seconda delle caratteristiche e dei requisiti della situazione reale.
3.4 Eliminare l'influenza della corrente d'albero
Per garantire che la corrente dell'albero possa essere ridotta a un livello innocuo, solitamente è necessario garantire che la corrente dell'albero sia controllata al di sotto di 0.4 A/mm2 o 0.35 mV. Sulla base di ciò, è necessario adottare contromisure mirate in combinazione con l'ambiente di utilizzo specifico e le caratteristiche del tipo del motore per eliminare gli effetti negativi della corrente d'albero.
Soppressione delle armoniche dell'alimentazione: per eliminare l'influenza della corrente dell'albero, attraverso un'applicazione razionale del sistema di controllo della velocità dell'alimentazione dell'inverter, è possibile aggiungere direttamente dei filtri o utilizzare un dispositivo di controllo della velocità a frequenza variabile compatibile, che contribuisce a ridurre le armoniche. Allo stesso tempo, può anche ridurre gli effetti negativi della corrente dell'albero e delle vibrazioni.
Misure di isolamento dei cuscinetti: L'adozione di misure di isolamento mirate per i cuscinetti può anche eliminare tempestivamente gli effetti negativi della corrente dell'albero. Attualmente, il metodo comune consiste nel mettere a terra il cuscinetto sul lato di carico del motore e isolare il cuscinetto sul lato non di carico. Quando si utilizza una struttura con cuscinetti volventi, è possibile scegliere di utilizzare un cuscinetto isolante come forma principale del cuscinetto, oppure sulla superficie dell'anello interno ed esterno del cuscinetto. Utilizzare il metodo di spruzzatura ionica per spruzzare uniformemente uno strato isolante da 50 a 100 mm. Inoltre, a seconda della situazione specifica, è possibile aggiungere direttamente una boccola alla camera del cuscinetto del coperchio terminale e interporre uno strato isolante tra la boccola e il coperchio terminale per fissare i cuscinetti del coperchio interno ed esterno. Quando si utilizza una struttura con cuscinetti scorrevoli, è possibile aggiungere direttamente cuscinetti in tessuto di vetro epossidico nella posizione del cuscinetto fisso, oppure aggiungere giunti isolanti in corrispondenza delle tubazioni di ingresso e uscita dell'olio. L'utilizzo di questi metodi può eliminare efficacemente gli effetti negativi della corrente dell'albero.
Quando si elimina la corrente dell'albero, oltre ai metodi sopra indicati, è anche possibile scegliere di utilizzare la linea di monitoraggio per rafforzare le prestazioni di isolamento e migliorare l'ambiente operativo del motore e altre strategie. Insomma, qualunque sia il metodo che si sceglie di utilizzare, per ottenere buoni risultati è necessario iniziare da più angolazioni a seconda delle caratteristiche e dei requisiti della situazione reale.
3.5 Migliorare l'attuale problema dell'oscillazione
Dopo esperimenti, riepiloghi e analisi a lungo termine, al fine di garantire un trattamento efficace del problema dell'oscillazione corrente e migliorare la situazione di corrente instabile, è possibile realizzarlo aumentando continuamente l'inerzia o il carico del motore o aumentando adeguatamente il tipo di tensione Capacità lato CC dell'inverter, che contribuisce a ridurre l'impatto delle fluttuazioni di tensione.
In combinazione con lo stato operativo dell'inverter controllato da PWM, l'utilizzo di elementi a commutazione rapida o la riduzione diretta della frequenza di modulazione del PWM è vantaggioso per evitare fluttuazioni nella tensione di uscita dovute all'influenza della zona morta. Per migliorare il problema dell'oscillazione della corrente, è anche possibile utilizzare un motore con un elevato tasso di scorrimento e utilizzare metodi come il feedback di corrente per garantire che il controllo vettoriale del circuito possa essere retroazionato nel tempo, in modo da garantire il miglioramento della stabilità operativa del motore a frequenza variabile.
