Blog über Studie untersucht vorzeitige Motorausfälle in frequenzumrichtergesteuerten Systemen

Elektromotoren dienen als "Herz" der industriellen Produktion, während variable Frequenzantriebe (VFDs) als kritische Geräte dienen, die diesen Herzschlag steuern.Es ist ein alarmierender Trend aufgetreten - eine zunehmende Anzahl von Motoren tritt bei VFDs vorzeitig aus.Dies wirft wichtige Fragen auf: Sind diese Ausfälle eine unvermeidliche Kosten der technologischen Entwicklung?oder sind sie vermeidbare Folgen einer unsachgemäßen Umsetzung??

Variable Frequenzantriebe sind in modernen industriellen Anwendungen allgegenwärtig geworden, die wegen ihrer Energieeffizienz und ihrer präzisen Prozesssteuerungsfähigkeiten geschätzt werden.Da VFDs zur bevorzugten Lösung für den Motorbetrieb werden, werden ihre potenziellen negativen Auswirkungen auf die motorische Langlebigkeit oft nicht erkannt, bis vorzeitige Ausfälle auftreten.Diese Analyse untersucht vier primäre Ausfallmodi bei VFD-getriebenen Motoren und stellt umsetzbare Lösungen zur Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen und zur Aufrechterhaltung der Produktionsstabilität vor..

VFDs nutzen die Technologie der Pulsbreitenmodulation (PWM) zur Simulation von AC-Sinuswellen zur Motorsteuerung.PWM-Wellenformen erzeugen steile Spannungsanstiegszeiten und hohe Spitzenspannungen, die die Wicklungsisolierung schrittweise schmälernDieser Effekt wird besonders bei älteren Motoren oder bei Motoren mit niedrigeren Isolationsklassen ausgeprägt.

Lösung:Speziell konstruierte "VFD-motoren" (auch als Invertermotoren bezeichnet) enthalten hochwertigere Isolationsmaterialien und optimierte Wicklungskonfigurationen, um Spannungsspannungen zu widerstehen.Die NEMA MG1 Teil 31-Norm definiert speziell Anforderungen an solche Motoren., die überlegene Isolationssysteme erfordern, die den VFD-Betrieb überdauern können.

Selbst VFD-getestete Motoren bleiben anfällig für Lagerschäden durch Wellenströme - ein Phänomen, das durch VFD-generierte Common-Mode-Spannungen verursacht wird.Diese Spannungen schaffen mögliche Unterschiede zwischen der Motorwelle und Rahmen, wodurch Strom durch Lager entlädt.Das resultierende elektrische Bogen erzeugt mikroskopische Gruben und Fluting-Muster, die das Versagen des Lagers durch einen Prozess beschleunigen, der elektrische Erosion genannt wird.

Lösung:Während eine vollständige Beseitigung eine Herausforderung darstellt, gibt es mehrere Minderungsstrategien:

• Schachtenbefestigungsringe:An Motorwellen installierte leitfähige Bürsten oder Fasern sorgen für einen geringen Widerstandsweg zum Boden und umgehen Lager.
• mit einer Breite von mehr als 20 mm,Eine ordnungsgemäße Bindung zwischen Motorrahmen und Erdungssystemen reduziert die Spannung im normalen Modus.
• Isolierte Lager:Keramische oder beschichtete Lager unterbrechen die Stromverläufe, bringen aber erhebliche Kostenprämien mit sich.
• Isolierte Montage:Elektrisch isolierte Motorbasen verhindern die Stromzirkulation durch mechanische Verbindungen.

Während VFDs bei der Energieeinsparung durch Geschwindigkeitsreduzierung hervorstechen, verringert ein langsamerer Betrieb proportional die Kühlleistung von Wellenventilatoren.Ein längerer Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit erzeugt thermische Belastungen, die das Altern der Isolierung beschleunigen und die Lebensdauer des Motors verkürzen, auch bei Geschwindigkeiten, die mäßig unter den Kennzeichenwerte liegen.

Lösung:Zwei Hauptansatzansätze lösen die Kühlprobleme:

• Motoren mit höherem Leistungsfaktor:Motoren mit einem Leistungsfaktor von 1,15 oder mehr bieten eine zusätzliche Wärmekapazität, obwohl VFD-Effekte diese Marge verringern können.
• Unabhängige Kühlsysteme:Separat angetriebene Kühlventilatoren halten unabhängig von der Drehzahl des Motors einen ausreichenden Luftstrom, was für einen längeren Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten entscheidend ist.

Bei Anwendungen, bei denen lange Kabelstrecken zwischen VFDs und Motoren erforderlich sind, gibt es einzigartige Herausforderungen.Erzeugung von Spitzenspannungen an Motorendgeräten, die die Isolationsfähigkeit übersteigenDiese vorübergehenden Überspannungen verkürzen die Lebensdauer des Motors dramatisch.

FallbeispielEine Anlage erlebte innerhalb von drei Monaten acht katastrophale Ausfälle von 500 PS VFD-bewerteten Baldor-Motoren aufgrund von Spitzen von Spannungen von mehr als 1500 V bei langen Kabelläufen.

Lösung:Es gibt verschiedene technische Ansätze:

• Soft PWM VFDs:Einstellbare Schaltfrequenzen reduzieren Spannungsüberschreitungen, wobei die Konformität mit NEMA MG1 Teil 31 beibehalten wird.
• dV/dt Filter:Diese Geräte begrenzen Spannungsanstiegsraten und begrenzen typischerweise 480V-Systemspitzen in der Nähe von 975V.
• Filter für Sinuswellen:Die effektivste (und teuerste) Lösung umwandelt PWM-Ausgänge in nahezu sinusförmige Wellenformen und begrenzt Spitzen unter 800 V.

Erfolgreiche Minderung erfordert eine koordinierte Umsetzung auf organisatorischer Ebene.Während die Beschaffungsfachleute geeignete Ausrüstungsstandards festlegen solltenDas Ingenieurpersonal muss die spezifischen Anforderungen jeder Anwendung bewerten, um optimale Lösungen auszuwählen, die Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten in Einklang bringen.

Regelmäßige vorbeugende Wartung und Zustandsüberwachung bleiben für die frühzeitige Problemerkennung in VFD-getriebenen Systemen unerlässlich.Vibrationsanalysen und Isolierwiderstandsprüfungen liefern wertvolle Erkenntnisse über Entwicklungsprobleme, bevor katastrophale Ausfälle auftreten.