1. As características do motor de frequência variável
1.1 Projeto eletromagnético
Para motores assíncronos comuns, os principais parâmetros de desempenho considerados no projeto de motores de frequência variável são capacidade de sobrecarga, desempenho de partida, eficiência e fator de potência. Já o motor de conversão de frequência, como o escorregamento crítico é inversamente proporcional à frequência de potência, ele pode ser acionado diretamente quando o escorregamento crítico estiver próximo de 1.
Portanto, a capacidade de sobrecarga e o desempenho de partida não precisam mais ser considerados demais, e o principal problema a ser resolvido é como melhorar a adaptabilidade do motor à potência de ondas não senoidais. Primeiro, reduza ao máximo a resistência do estator e do rotor.
A redução da resistência do estator pode reduzir a perda fundamental de cobre para compensar o aumento na perda de cobre causada por harmônicos de alta ordem. Em segundo lugar, para suprimir os harmônicos mais elevados na corrente, é necessário aumentar adequadamente a indutância do motor. No entanto, a reatância de vazamento da ranhura do rotor é grande, o efeito pelicular também é grande e a perda de cobre de harmônicos de alta ordem também aumenta.
Portanto, o tamanho da reatância de fuga do motor deve levar em consideração a racionalidade do casamento de impedâncias em toda a faixa de velocidade. Além disso, o circuito magnético principal do motor de frequência variável é geralmente projetado para estar em estado insaturado. Uma é considerar que os harmônicos de alta ordem aprofundarão a saturação do circuito magnético, e a outra é considerar que em baixas frequências, a tensão de saída do inversor deve ser aumentada adequadamente para aumentar o torque de saída.
1.2 Projeto Estrutural
Ao projetar a estrutura, é considerada principalmente a influência das características de potência não senoidais na estrutura de isolamento, vibração e métodos de resfriamento de ruído do motor de frequência variável. Em primeiro lugar, em termos de nível de isolamento, é geralmente de nível F ou superior, e o isolamento do solo e a intensidade do isolamento de espira são reforçados, especialmente a capacidade do isolamento para suportar a tensão de impacto. Para os problemas de vibração e ruído do motor, é necessário considerar totalmente a rigidez dos componentes do motor e do todo, e tentar aumentar sua frequência natural para evitar ressonância com cada onda de força.
Geralmente, a ventilação forçada é utilizada para resfriamento, ou seja, a ventoinha de resfriamento do motor principal é acionada por um motor independente. Medidas de isolamento de mancais devem ser utilizadas para motores com capacidade superior a 160KW, principalmente porque é fácil gerar assimetria de circuito magnético e corrente de eixo. Quando as correntes geradas por outros componentes de alta frequência trabalham juntas, a corrente do eixo aumentará muito, resultando em danos ao rolamento, portanto, geralmente são tomadas medidas de isolamento.
Além disso, para motores de frequência variável de potência constante, quando a velocidade exceder 3000/min, deve-se usar graxa especial com resistência a altas temperaturas para compensar o aumento de temperatura do rolamento.
2 Diagnóstico de falhas comuns de motores de frequência variável
2.1 Curto-circuito entre espiras, descarga parcial
Curtos-circuitos entre espiras e descargas parciais são formas relativamente comuns de falhas de isolamento em motores de frequência variável. Entre eles, um curto-circuito entre espiras geralmente se manifesta como uma grande área de dano a uma das bobinas do motor, e a descarga parcial concentra-se na aparência da bobina do motor. Mas a resistência de isolamento foi zero. Neste momento, os danos ao sistema de isolamento do motor não são causados apenas por um único fator, mas também por descarga parcial, aquecimento médio local e outros fatores.
Descarga parcial: Atualmente, no processo de operação de inversores de pequena e média capacidade, geralmente é utilizada a tecnologia de modulação por largura de pulso de dispositivos de potência IGBT. O dispositivo de controle de velocidade PWM composto por esses componentes pode fornecer picos elevados, e os picos têm características frontais íngremes. Ao mesmo tempo, sua frequência de modulação é maior, portanto os danos ao isolamento são mais graves.
Aquecimento localizado do meio isolante: Se a intensidade do campo elétrico E no motor exceder significativamente o valor crítico de isolamento, as perdas no meio isolante se tornarão cada vez mais graves. Especialmente em situações de aumento da frequência, a descarga parcial também aumentará, gerando calor, o que inevitavelmente acarretará problemas mais sérios, como corrente de fuga. Com o tempo, não apenas a perda por unidade de volume aumentará, mas também a temperatura do motor continuará a subir, o que levará a um envelhecimento cada vez mais acelerado do isolamento.
Estresse cíclico alternado: Através do modo de alimentação PWM (modulação por largura de pulso) de frequência variável, quando o motor de frequência variável é colocado em uso, ele pode ser freado diretamente por diversos métodos fornecidos pelo conversor de frequência. Sob a influência do estresse cíclico variável, a velocidade de envelhecimento do isolamento do motor aumenta progressivamente. Como a integridade elétrica e mecânica não foi considerada de forma abrangente no projeto inicial, o processo de envelhecimento do motor continuará a aumentar.
2.2 Danos nos rolamentos, vibração excessiva
Combinado com o efeito do sistema de acionamento do inversor PWM quando ele é colocado em operação formal, o problema de danos aos rolamentos de todo o motor de conversão de frequência se tornará cada vez mais sério, e até mesmo problemas como danos aos rolamentos e vibração excessiva ocorrem frequentemente. Depois que um motor de frequência variável de 690 kW em uma fábrica de fios de alta velocidade foi colocado em uso, problemas como vibrações graves começaram a aparecer em apenas 3 meses. Ao realizar o diagnóstico de falhas e manutenção para este problema, o motor foi desmontado off-line e descobriu-se que havia muitos pontos de queima na superfície do rolamento, e esses pontos de queima também eram relativamente óbvios. O motivo foi que o rolamento do motor foi seriamente danificado devido à influência da corrente do eixo.
2.3 Oscilação atual
Ao analisar com exemplos, há um sistema de motor de frequência variável de 250kW/400V/430A em uma planta de laminação a frio, e o problema de queima de componentes ocorre continuamente quando ele está em funcionamento. Ao realizar a manutenção e tratamento do conversor de frequência, a operação de teste sem carga do controle V/F foi realizada antecipadamente no motor.
De acordo com os resultados do teste, constatou-se que a corrente do motor estava anormal na faixa de 7 a 30 Hz e, mais importante, a amplitude da corrente trifásica apresenta oscilação óbvia, e a maior amplitude da corrente de oscilação pode chegar a 700A. Após a ocorrência do problema de falha, o pessoal de manutenção relevante realizou imediatamente testes nos motores e conversores de frequência existentes do mesmo tipo. De acordo com os resultados dos testes, constatou-se que os motores e conversores de frequência dentro da mesma faixa de frequência estavam instáveis. Perto da frequência de alimentação, o estado do motor é relativamente estável, mas se estiver na frequência de 40 Hz, especialmente na faixa de 20 a 30 Hz, a corrente do motor oscilará em um período de cerca de 10 a 20 Hz. Se o valor de pico neste momento for muito alto, o motor e todo o funcionamento do sistema serão seriamente afetados.
Para analisar esta situação, para motores assíncronos, se a taxa de escorregamento for zero, haverá fatores instáveis nas variações positivas e negativas do torque transitório. Mais importante ainda, a ondulação de torque acionada pelo inversor, a mudança transitória de V/F causará uma ondulação de torque mais óbvia, que pode evoluir para vibração, ou mesmo continuar a vibrar. Nesta situação, existe uma certa correlação entre a ondulação de torque e a corrente harmônica e outros fatores.
Se o motor de frequência variável estiver funcionando, seu estado de funcionamento é instável, e não deve ser simplesmente considerado que o motor ou o conversor de frequência estão com defeito, mas é necessário analisar de forma abrangente os parâmetros do motor e do conversor de frequência, de modo como para fazer um julgamento razoável sobre a falha.
3. Medidas de manutenção para falha do motor de conversão de frequência
Os motores de conversão de frequência são cada vez mais utilizados. Para a manutenção desses motores, é necessário adotar medidas eficazes, levando em consideração suas características específicas, a fim de garantir seu funcionamento normal.
3.1 Requisitos para manutenção de motor regulador de velocidade de frequência variável
Os motores de regulação de velocidade de conversão de frequência geralmente escolhem motores de 4 estágios, o ponto de operação da frequência base é projetado em 50 Hz, o motor opera com torque constante dentro da faixa de frequência de 0-50 Hz (velocidade 0-1480r/min) e a frequência é 50 -100 Hz (velocidade 1480-2800 r/min) O motor opera com potência constante dentro da faixa de min), e toda a faixa de regulação de velocidade é (0-2800 r/min), o que basicamente atende aos requisitos de equipamentos de condução gerais. Suas características de funcionamento são as mesmas dos motores de regulação de velocidade CC e a regulação de velocidade é suave e estável.
Se você deseja aumentar o torque de saída dentro da faixa de regulação de velocidade de torque constante, você também pode escolher um motor de 6 ou 8 níveis, mas o volume do motor é relativamente maior. Como o projeto eletromagnético do motor regulador de velocidade de frequência variável usa software de design CAD flexível, o ponto de projeto de frequência fundamental do motor pode ser ajustado a qualquer momento, e podemos simular com precisão as características de funcionamento do motor em cada ponto de frequência fundamental no computador.
A faixa de regulação de velocidade de torque constante do motor foi ampliada. De acordo com as condições reais de trabalho do motor, podemos aumentar a potência do motor dentro do mesmo tamanho de carcaça ou usar o mesmo conversor de frequência para aumentar a potência do motor. O torque de saída é aumentado para atender ao projeto e fabricação do motor no melhor estado sob diversas condições de trabalho.
O motor regulador de velocidade de frequência variável pode ser equipado com um codificador de velocidade adicional, que pode obter as vantagens de velocidade de alta precisão, controle de posição e resposta característica dinâmica rápida. Ele também pode ser equipado com um freio CC (ou CA) especial para que o motor obtenha um desempenho de frenagem rápido, eficaz, seguro e confiável do motor.
Devido ao projeto de frequência base ajustável do motor regulador de velocidade de frequência variável, também podemos fabricar vários motores de alta velocidade que mantêm as características de torque constante durante operação em alta velocidade, substituindo os motores originais de frequência intermediária até certo ponto, e o o preço é baixo. O motor regulador de velocidade de frequência variável é um motor CA trifásico síncrono ou assíncrono. De acordo com a potência de saída do inversor, são 380V trifásico ou 220V trifásico, portanto a alimentação do motor também possui 380V trifásico ou 220V trifásico.
Geralmente, o inversor abaixo de 4KW possui apenas três fases 220V, uma vez que o motor de frequência variável é dividido em diferentes áreas de regulação de velocidade de potência constante e regiões de regulação de velocidade de torque constante pelo ponto de frequência base (ou ponto de inflexão) do motor, as configurações do O ponto de frequência base do conversor de frequência e o ponto de frequência base do motor de conversão de frequência são muito importantes.
3.2 Melhorar o desempenho do isolamento
O uso racional de fio esmaltado resistente a corona conduz ao aumento adequado da camada de filme de tinta da tela. Através da aplicação da tecnologia de química quântica, os materiais químicos utilizados para blindagem podem participar diretamente na reação de policondensação de polímeros à base de tinta como o material principal do filme de tinta, garantindo que a tensão suportável de impulso de alta frequência possa ser dispersa e dissolvida no tempo para melhorar a resistência geral à corona do filme de tinta. O material de isolamento da ranhura é atualmente feito de diversas misturas diferentes, como NHN e DMD grau F. Este tipo de material possui fortes características orgânicas, portanto não possui resistência corona. Com base nisso, um novo tipo de isolamento de fenda contendo mica é selecionado para ser usado, e a adição de mica é benéfica para melhorar a resistência corona.
Em termos de isolamento fase a fase, deve-se selecionar o tipo de produto com lã de poliéster na superfície. Comparado com outros materiais, este tipo de produto apresenta vantagens óbvias na absorção de resina, o que favorece a formação de uma ligação eficaz com o fio.
O processo de impregnação sempre foi um dos processos mais importantes na manutenção de motores de frequência variável. O ponto mais importante é evitar o escoamento da resina. Normalmente opta-se por usar VPI para tratamento, ou após o tratamento VPI, o processo de impregnação pode ser adicionado de forma adequada, o que favorece a eliminação das bolhas de ar no tempo, preenchendo continuamente o entreferro no enrolamento, podendo também melhorar a resistência elétrica e mecânica do enrolamento para garantir que sua própria resistência ao calor e resistência a manchas sejam reforçadas. Se as condições permitirem, pode ser tratado por aquecimento ultravioleta e pelo método de secagem atual, que pode alcançar bons resultados.
Além disso, deve-se observar que durante todo o processo de manutenção do motor de frequência variável, evite curtos-circuitos e outros problemas, garanta que a montagem de diversos componentes, como rolamentos do motor, atenda aos requisitos básicos de precisão e tente evitar problemas locais graves. aquecimento causado por perda de corrente parasita e outros problemas, caso contrário, afetará inevitavelmente o desempenho de isolamento do motor.
3.3 Elimine a influência da corrente do eixo
Para garantir que a corrente do eixo possa ser reduzida a um nível inofensivo, geralmente é necessário garantir que a corrente do eixo seja controlada abaixo de 0.4A/mm2 ou 0.35mV. Com base nisso, contramedidas específicas devem ser tomadas em combinação com o ambiente de uso específico e as características do tipo do motor para eliminar os efeitos adversos da corrente do eixo.
Supressão de harmônicos da fonte de alimentação: Para eliminar a influência da corrente do eixo, por meio da aplicação razoável do sistema de controle de velocidade da fonte de alimentação do inversor, você pode adicionar filtros diretamente a ele ou usar o dispositivo de controle de velocidade de conversão de frequência correspondente, que é propício para reduzir harmônicos. Ao mesmo tempo, também pode reduzir os efeitos adversos da corrente e vibração do eixo.
Medidas de isolamento de rolamentos: Tomar medidas de isolamento específicas para rolamentos também pode eliminar os efeitos adversos da corrente do eixo com o tempo. Atualmente, o método comum é aterrar o rolamento no lado da carga do motor e isolar o rolamento no lado sem carga. Ao usar a estrutura do rolamento, você pode optar por usar o rolamento isolante como forma principal do rolamento ou na superfície do anel interno e do anel externo do rolamento. Use o método de pulverização iônica para pulverizar uniformemente a camada isolante de 50 a 100 mm. Além disso, de acordo com a situação real, uma bucha pode ser adicionada diretamente à câmara do mancal da tampa final, e uma camada isolante é adicionada entre a bucha e a tampa final para fixar os mancais da tampa interna e externa. Ao usar a estrutura de mancal deslizante, você pode adicionar almofadas de tecido de vidro epóxi diretamente na posição do mancal fixo ou adicionar juntas de tubo isolante na posição das tubulações de entrada e saída de óleo. O uso desses métodos pode eliminar efetivamente os efeitos adversos da corrente do eixo.
Ao eliminar a corrente do eixo, além dos métodos acima, você também pode optar por usar a linha de monitoramento para fortalecer o desempenho do isolamento e melhorar o ambiente operacional do motor e outras estratégias. Em suma, independentemente do método que você escolher, você deve partir de vários ângulos de acordo com as características e exigências da situação real para obter bons resultados.
3.4 Elimine a influência da corrente do eixo
Para garantir que a corrente do eixo possa ser reduzida a um nível inofensivo, geralmente é necessário garantir que a corrente do eixo seja controlada abaixo de 0.4A/mm2 ou 0.35mV. Com base nisso, contramedidas específicas devem ser tomadas em combinação com o ambiente de uso específico e as características do tipo do motor para eliminar os efeitos adversos da corrente do eixo.
Supressão de harmônicos na fonte de alimentação: Para eliminar a influência da corrente no eixo, através da aplicação adequada do sistema de controle de velocidade da fonte de alimentação do inversor, é possível adicionar filtros diretamente ou utilizar um dispositivo de controle de velocidade com conversão de frequência compatível, o que contribui para a redução de harmônicos. Ao mesmo tempo, também reduz os efeitos adversos da corrente no eixo e da vibração.
Medidas de isolamento de rolamentos: Adotar medidas de isolamento específicas para os rolamentos também pode eliminar os efeitos adversos da corrente no eixo em tempo hábil. Atualmente, o método comum é aterrar o rolamento no lado da carga do motor e isolar o rolamento no lado oposto à carga. Ao utilizar a estrutura de rolamento de esferas, pode-se optar por usar o rolamento isolante como a forma principal do rolamento ou na superfície dos anéis interno e externo do rolamento. Utilize o método de aspersão iônica para pulverizar uniformemente uma camada isolante de 50 a 100 mm. Além disso, de acordo com a situação real, uma bucha pode ser adicionada diretamente à câmara do rolamento da tampa traseira e uma camada isolante pode ser adicionada entre a bucha e a tampa traseira para fixar os rolamentos das tampas interna e externa. Ao utilizar a estrutura de rolamento deslizante, pode-se adicionar diretamente almofadas de tecido de fibra de vidro epóxi na posição do rolamento fixo ou adicionar juntas de tubos isolantes na posição das tubulações de entrada e saída de óleo. O uso desses métodos pode eliminar efetivamente os efeitos adversos da corrente no eixo.
Ao eliminar a corrente do eixo, além dos métodos acima, você também pode optar por usar a linha de monitoramento para fortalecer o desempenho do isolamento e melhorar o ambiente operacional do motor e outras estratégias. Em suma, independentemente do método que você escolher, você deve partir de vários ângulos de acordo com as características e exigências da situação real para obter bons resultados.
3.5 Melhorar o problema de oscilação atual
Após experimentos, resumos e análises de longo prazo, a fim de garantir o tratamento eficaz do problema de oscilação de corrente e melhorar a situação de corrente instável, isso pode ser realizado aumentando continuamente a inércia ou carga do motor, ou aumentando apropriadamente o tipo de tensão capacitância do lado CC do inversor, o que contribui para reduzir o impacto das flutuações de tensão.
Combinado com o status operacional do inversor controlado por PWM, o uso de elementos de comutação rápida ou a redução direta da frequência de modulação do PWM é benéfico para evitar flutuações na tensão de saída devido à influência da zona morta. Para melhorar o problema de oscilação de corrente, também é possível usar um motor com alta taxa de escorregamento e usar métodos como realimentação de corrente para garantir que o controle vetorial do circuito possa ser realimentado no tempo, de modo a garantir a melhoria da estabilidade operacional do motor de frequência variável.
