ιστολόγιο περίπου Μελέτη Εξετάζει Πρόωρες Βλάβες Κινητήρα σε Συστήματα που Οδηγούνται από Μετατροπείς Συχνοτήτων

Οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμεύουν ως η "καρδιά" της βιομηχανικής παραγωγής, ενώ οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας (VFD) λειτουργούν ως οι κρίσιμες συσκευές που ελέγχουν αυτόν τον καρδιακό χτύπο.έχει εμφανιστεί μια ανησυχητική τάση - ένας αυξανόμενος αριθμός κινητήρων παρουσιάζει πρόωρη βλάβη όταν κινούνται από VFDsΤο γεγονός αυτό εγείρει σημαντικά ερωτήματα: Είναι αυτές οι αποτυχίες ένα αναπόφευκτο κόστος της τεχνολογικής προόδου,ή είναι αποτρέψιμες συνέπειες της ακατάλληλης εφαρμογής?

Οι κινητήρες μεταβλητής συχνότητας έχουν γίνει πανταχού παρόντες στις σύγχρονες βιομηχανικές εφαρμογές, που εκτιμούνται για την ενεργειακή τους απόδοση και τις ακριβείς δυνατότητες ελέγχου της διαδικασίας.Καθώς τα VFD γίνονται η προτιμώμενη λύση για τη λειτουργία του κινητήρα, οι δυνητικές αρνητικές επιπτώσεις τους στη μακροζωία των κινητών συχνά δεν αναγνωρίζονται μέχρι να εμφανιστούν πρόωρες αποτυχίες.Η παρούσα ανάλυση εξετάζει τέσσερις κύριους τρόπους βλάβης στους κινητήρες VFD και παρουσιάζει λύσεις που μπορούν να εφαρμοστούν για την παράταση της ζωής του εξοπλισμού και τη διατήρηση της σταθερότητας της παραγωγής..

Τα VFD χρησιμοποιούν τεχνολογία διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) για να προσομοιώσουν κύματα sinus AC για τον έλεγχο του κινητήρα.Οι μορφές κύματος PWM παράγουν απότομες περιόδους αύξησης της τάσης και υψηλές κορυφαίες τάσεις που προοδευτικά υποβαθμίζουν την μόνωση περιστροφήςΗ επίδραση αυτή γίνεται ιδιαίτερα έντονη σε παλαιότερους κινητήρες ή σε αυτούς με χαμηλότερες τάξεις μόνωσης.

Λύση:Ειδικά σχεδιασμένοι "κινητήρες VFD" (που ονομάζονται επίσης κινητήρες μετατροπέα) ενσωματώνουν υψηλότερης ποιότητας μονωτικά υλικά και βελτιστοποιημένες διαμορφώσεις περιστροφής για να αντέχουν τις τάσεις τάσης.Το πρότυπο NEMA MG1 Μέρος 31 καθορίζει ειδικά τις απαιτήσεις για τους εν λόγω κινητήρες., απαιτώντας ανώτερα συστήματα μόνωσης ικανά να αντέξουν τη λειτουργία VFD.

Ακόμη και οι κινητήρες με βαθμολογία VFD παραμένουν ευάλωτοι σε ζημιές από ρεύματα άξονα - ένα φαινόμενο που προκαλείται από τάσεις κοινής λειτουργίας που παράγονται από VFD.Αυτές οι τάσεις δημιουργούν δυνητικές διαφορές μεταξύ του άξονα του κινητήρα και το πλαίσιο, με αποτέλεσμα την εκκένωση ρεύματος μέσω των ρουλεμάντων.Η ηλεκτρική καμάρα που προκύπτει δημιουργεί μικροσκοπικά λάκκους και μοτίβα φλουτισμού που επιταχύνουν την αποτυχία του ρουλευτή μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρική διάβρωση.

Λύση:Ενώ η πλήρης εξάλειψη αποδεικνύεται δύσκολη, υπάρχουν αρκετές στρατηγικές μετριασμού:

• Δαχτυλίδια γείωσης άξονα:Οι αγωγικές βούρτσες ή ίνες που εγκαταστάθηκαν στους άξονες του κινητήρα παρέχουν ένα μονοπάτι χαμηλής αντίστασης στο έδαφος, παρακάμπτοντας τα ρουλεμάν.
• Συσκευές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειαςΗ σωστή σύνδεση μεταξύ των πλαισίων του κινητήρα και των συστημάτων γείωσης του εξοπλισμού μειώνει τις τάσεις κοινής λειτουργίας.
• Μετρητές για την παραγωγή ηλεκτρικών συλλεκτώνΤα κεραμικά ή επικαλυμμένα ρουλεμάν διακόπτουν τις τρέχουσες διαδρομές, αλλά φέρουν σημαντικά έξοδα.
• Απομονωμένη τοποθέτηση:Η ηλεκτρική απομόνωση των βάσεων του κινητήρα εμποδίζει την κυκλοφορία ρεύματος μέσω μηχανικών συνδέσεων.

Ενώ τα VFD υπερέχουν στην εξοικονόμηση ενέργειας μέσω της μείωσης της ταχύτητας, η πιο αργή λειτουργία μειώνει αναλογικά την ικανότητα ψύξης των ανεμιστήρων που τοποθετούνται στον άξονα.Η παρατεταμένη λειτουργία σε χαμηλές ταχύτητες δημιουργεί θερμική πίεση που επιταχύνει τη γήρανση της μόνωσης και μειώνει τη διάρκεια ζωής του κινητήρα, ακόμη και σε ταχύτητες μετριοπαθώς χαμηλότερες από τις τιμές της πινακίδας.

Λύση:Δύο βασικές προσεγγίσεις αντιμετωπίζουν τις προκλήσεις της ψύξης:

• Μηχανές υψηλότερου συντελεστή λειτουργίας:Οι κινητήρες με συντελεστή λειτουργίας 1,15 ή μεγαλύτερο παρέχουν πρόσθετη θερμική ικανότητα, αν και οι επιδράσεις VFD μπορεί να μειώσουν αυτό το περιθώριο.
• Ανεξάρτητα συστήματα ψύξης:Οι ανεμιστήρες ψύξης με ξεχωριστή ενέργεια διατηρούν επαρκή ροή αέρα ανεξάρτητα από την ταχύτητα του κινητήρα, κρίσιμη για παρατεταμένη λειτουργία χαμηλών ταχυτήτων.

Οι εφαρμογές που απαιτούν μεγάλες διαδρομές καλωδίων μεταξύ VFDs και κινητήρων αντιμετωπίζουν μοναδικές προκλήσεις.δημιουργώντας κορύφους τάσης στα τερματικά του κινητήρα που υπερβαίνουν τις δυνατότητες αντοχής της μόνωσηςΑυτές οι παροδικές υπερτάσεις συντομεύουν δραματικά τη ζωή του κινητήρα.

Παραδείγματος:Σε μία εγκατάσταση σημειώθηκαν οκτώ καταστροφικές βλάβες των κινητήρων Baldor 500HP VFD εντός τριών μηνών λόγω αυξήσεων τάσης άνω των 1500V από μεγάλες διαδρομές καλωδίων.

Λύση:Υπάρχουν πολλαπλές τεχνικές προσεγγίσεις:

• Ελαφριά VFD PWM:Οι ρυθμιζόμενες συχνότητες διασύνδεσης μειώνουν τις μεταβατικές τάσεις, διατηρώντας παράλληλα τη συμμόρφωση με το NEMA MG1 Μέρος 31.
• Φίλτρα dV/dt:Αυτές οι συσκευές περιορίζουν τα ποσοστά αύξησης της τάσης, συνήθως περιορίζοντας τις κορυφές του συστήματος 480V κοντά στα 975V.
• Φίλτρα κύματος sinus:Η πιο αποτελεσματική (και δαπανηρή) λύση μετατρέπει τις εξόδους PWM σε σχεδόν σινουσοειδείς μορφές κύματος, περιορίζοντας τις κορύφες κάτω από 800V.

Οι ομάδες συντήρησης πρέπει να κατανοούν τους μηχανισμούς αποτυχίας,Ενώ οι ειδικοί προμηθειών θα πρέπει να καθορίσουν τα κατάλληλα πρότυπα εξοπλισμούΤο προσωπικό μηχανικής πρέπει να αξιολογεί τις ειδικές απαιτήσεις κάθε εφαρμογής για να επιλέξει βέλτιστες λύσεις που εξισορροπούν την απόδοση, την αξιοπιστία και το κόστος.

Η τακτική προληπτική συντήρηση και η παρακολούθηση της κατάστασης παραμένουν απαραίτητες για την έγκαιρη ανίχνευση προβλημάτων στα συστήματα VFD.Η ανάλυση των δονήσεων και οι δοκιμές αντοχής μόνωσης παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τα προβλήματα που αναπτύσσονται πριν από την εμφάνιση καταστροφικών βλαβών.