Blog circa Lo studio esamina i fallimenti motori prematuri nei sistemi VFDDriven

I motori elettrici fungono da "cuore" della produzione industriale, mentre gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) fungono da dispositivi critici che controllano questo battito cardiaco.si è manifestata una tendenza allarmante: un numero crescente di motori ha subito un guasto prematuro quando sono azionati da VFDQuesto solleva importanti interrogativi: sono questi fallimenti un costo inevitabile del progresso tecnologico?o sono conseguenze evitabili di un'implementazione impropria?

Le unità a frequenza variabile sono diventate onnipresenti nelle moderne applicazioni industriali, apprezzate per la loro efficienza energetica e le loro capacità di controllo dei processi.Come i VFD diventano la soluzione preferita per il funzionamento del motore, i loro potenziali impatti negativi sulla longevità motoria spesso passano inosservati fino a quando non si verificano insufficienze premature.Questa analisi esamina quattro modalità primarie di guasto nei motori a VFD e presenta soluzioni attuabili per prolungare la vita dell'apparecchiatura e mantenere la stabilità della produzione.

I VFD utilizzano la tecnologia di modulazione della larghezza dell'impulso (PWM) per simulare le onde sinusoidali CA per il controllo del motore.Le forme d'onda PWM generano tempi di aumento di tensione ripidi e alte tensioni di picco che degradano progressivamente l'isolamento dell'avvolgimentoQuesto effetto è particolarmente evidente nei motori più vecchi o con classi di isolamento inferiori.

Soluzione:"Motori VFD" appositamente progettati (chiamati anche motori inverter) incorporano materiali isolanti di grado superiore e configurazioni di avvolgimento ottimizzate per resistere alle sollecitazioni di tensione.La norma NEMA MG1 Parte 31 definisce specificamente i requisiti per tali motori, che richiede sistemi di isolamento superiori in grado di sopportare il funzionamento VFD.

Anche i motori VFD rimangono vulnerabili ai danni da correnti dell'albero - un fenomeno causato dalle tensioni di modalità comune generate da VFD.Queste tensioni creano potenziali differenze tra l'albero del motore e il telaio, con conseguente scarica di corrente attraverso i cuscinetti.L'arco elettrico che ne risulta crea buchi microscopici e schemi di fluttuazione che accelerano il guasto del cuscinetto attraverso un processo chiamato erosione elettrica.

Soluzione:Sebbene l'eliminazione completa sia difficile, esistono diverse strategie di mitigazione:

• Anelli di messa a terra dell'albero:Le spazzole o le fibre conduttive installate sugli alberi del motore forniscono un percorso di bassa resistenza alla terra, bypassando i cuscinetti.
• con una lunghezza massima non superiore a 50 mmUn'adeguata connessione tra le cornici del motore e i sistemi di messa a terra dell'apparecchiatura riduce le tensioni di modalità comune.
• per il calcolo delle emissioni di CO2I cuscinetti in ceramica o rivestiti interrompono i percorsi correnti, ma comportano costi significativi.
• Montaggio isolato:Le basi motrici isolanti elettricamente impediscono la circolazione di corrente attraverso i collegamenti meccanici.

Mentre i VFD eccellono nel risparmio energetico attraverso la riduzione della velocità, un funzionamento più lento diminuisce proporzionalmente la capacità di raffreddamento dei ventilatori montati su albero.Un funzionamento prolungato a bassa velocità crea stress termico che accelera l'invecchiamento dell'isolamento e riduce la durata del motore, anche a velocità moderatamente al di sotto delle autorizzazioni della targa.

Soluzione:Due approcci principali affrontano le sfide del raffreddamento:

• Motori con fattore di servizio superiore:I motori con fattori di servizio pari o superiori a 1,15 forniscono una capacità termica aggiuntiva, sebbene gli effetti VFD possano ridurre questo margine.
• Sistemi di raffreddamento indipendenti:I ventilatori di raffreddamento alimentati separatamente mantengono un flusso d'aria adeguato indipendentemente dalla velocità del motore, fondamentale per un funzionamento prolungato a bassa velocità.

Le applicazioni che richiedono lunghi percorsi di cavi tra VFD e motori affrontano sfide uniche.creando picchi di tensione ai terminali del motore che superano le capacità di isolamentoQueste sovratensioni transitorie accorciano notevolmente la vita del motore.

Esempio di caso:Una struttura ha subito otto guasti catastrofici dei motori Baldor con potenza di 500 CV in tre mesi a causa di picchi di tensione superiori a 1500 V da lunghe corse di cavi.

Soluzione:Esistono diversi approcci tecnici:

• VFD PWM morbidi:Le frequenze di commutazione regolabili riducono i transienti di tensione mantenendo la conformità NEMA MG1 Parte 31.
• filtri dV/dt:Questi dispositivi limitano i tassi di aumento della tensione, in genere limitando i picchi di sistema 480V vicino a 975V.
• Filtri per onde sinusoidali:La soluzione più efficace (e costosa) converte le uscite PWM in forme d'onda quasi sinusoidali, limitando i picchi al di sotto di 800V.

Per una mitigazione di successo è necessaria un'attuazione coordinata a livello organizzativo.mentre gli specialisti degli appalti dovrebbero specificare gli standard di attrezzatura appropriatiIl personale di ingegneria deve valutare i requisiti specifici di ciascuna applicazione per selezionare soluzioni ottimali che bilancino prestazioni, affidabilità e costi.

La manutenzione preventiva e il monitoraggio delle condizioni rimangono essenziali per la diagnosi precoce dei problemi nei sistemi VFD.L'analisi delle vibrazioni e le prove di resistenza dell'isolamento forniscono informazioni preziose sui problemi in corso di sviluppo prima che si verifichino guasti catastrofici.