Blogue sobre O estudo examina falhas motoras prematuras em sistemas VFDDriven

Os motores elétricos servem como o "coração" da produção industrial, enquanto os motores de frequência variável (VFDs) atuam como os dispositivos críticos que controlam este batimento cardíaco.Uma tendência alarmante surgiu - um número crescente de motores está a sofrer falhas prematuras quando accionados por VFDs.O que suscita questões importantes: são estas falhas um custo inevitável do progresso tecnológico,ou são consequências evitáveis de uma aplicação inadequada?

As unidades de frequência variável tornaram-se onipresentes nas aplicações industriais modernas, valorizadas por sua eficiência energética e capacidades de controle de processo precisas.À medida que os VFD se tornam a solução preferida para a operação de motores, os seus potenciais impactos negativos sobre a longevidade motora passam muitas vezes despercebidos até ocorrerem falhas prematuras.Esta análise examina quatro modos de falha primários nos motores a VFD e apresenta soluções acionáveis para prolongar a vida útil dos equipamentos e manter a estabilidade da produção.

Os VFDs utilizam a tecnologia de modulação de largura de pulso (PWM) para simular ondas senoidais AC para controle do motor.As formas de onda PWM geram tempos de aumento de tensão acentuados e voltagens de pico altas que degradam progressivamente o isolamento do enrolamentoEste efeito torna-se particularmente pronunciado em motores mais antigos ou com classes de isolamento mais baixas.

Solução:"Motores VFD" especialmente concebidos (também chamados de motores de inversor) incorporam materiais de isolamento de grau superior e configurações de enrolamento otimizadas para suportar tensões de tensão.A norma NEMA MG1 Parte 31 define especificamente os requisitos para esses motores., exigindo sistemas de isolamento superiores capazes de suportar o funcionamento VFD.

Mesmo os motores classificados como VFD permanecem vulneráveis a danos de rolamento de correntes de eixo - um fenômeno causado por tensões de modo comum geradas por VFD.Estas tensões criam diferenças potenciais entre o eixo do motor e quadro, resultando em descarga de corrente através dos rolamentos.O arco elétrico resultante cria buracos microscópicos e padrões de flutuação que aceleram a falha do rolamento através de um processo chamado erosão elétrica.

Solução:Embora a eliminação completa seja um desafio, existem várias estratégias de mitigação:

• Anéis de aterragem do eixo:As escovas ou fibras condutoras instaladas nos eixos do motor fornecem um caminho de baixa resistência ao solo, contornando os rolamentos.
• Cintas de aterramento:A ligação adequada entre as estruturas do motor e os sistemas de aterragem do equipamento reduz as tensões de modo comum.
• Rolamentos isolados:Os rolamentos de cerâmica ou revestidos interrompem os caminhos atuais, mas trazem com eles prémios de custo significativos.
• Instalação isolada:As bases eléctricamente isoladas do motor impedem a circulação de corrente através de ligações mecânicas.

Enquanto os VFDs se destacam na economia de energia através da redução da velocidade, uma operação mais lenta diminui proporcionalmente a capacidade de resfriamento dos ventiladores montados no eixo.A operação prolongada a baixa velocidade cria tensão térmica que acelera o envelhecimento do isolamento e reduz a vida útil do motor, mesmo a velocidades moderadamente inferiores às classificações da placa de identificação.

Solução:Duas abordagens principais abordam os desafios do arrefecimento:

• Motores com maior factor de serviço:Os motores com um factor de serviço igual ou superior a 1,15 proporcionam capacidade térmica adicional, embora os efeitos do VFD possam reduzir esta margem.
• Sistemas de arrefecimento independentes:Os ventiladores de arrefecimento alimentados separadamente mantêm um fluxo de ar adequado, independentemente da velocidade do motor, crucial para uma operação prolongada a baixa velocidade.

Aplicações que exigem longas corridas de cabo entre VFDs e motores enfrentam desafios únicos.criando picos de tensão nos terminais do motor que excedem as capacidades de resistência ao isolamentoEstas sobrevoltas transitórias reduzem drasticamente a vida do motor.

Exemplo de caso:Uma instalação experimentou oito falhas catastróficas de motores Baldor de 500 hp VFD dentro de três meses devido a picos de tensão superiores a 1500V de longas corridas de cabo.

Solução:Existem várias abordagens técnicas:

• Dispositivos flexíveis de VFD PWM:As frequências de comutação ajustáveis reduzem os transientes de tensão, mantendo a conformidade com a parte 31 da NEMA MG1.
• Filtros dV/dt:Esses dispositivos limitam as taxas de aumento de tensão, normalmente limitando picos de sistema de 480V perto de 975V.
• Filtros de onda senoidal:A solução mais eficaz (e dispendiosa) converte as saídas PWM em formas de onda quase sinusoidais, limitando picos abaixo de 800V.

A mitigação bem-sucedida requer uma implementação coordenada em todos os níveis organizacionais.Enquanto os especialistas em aquisições devem especificar os padrões de equipamento adequadosO pessoal de engenharia deve avaliar os requisitos específicos de cada aplicação para seleccionar soluções óptimas que equilibrem o desempenho, a fiabilidade e o custo.

A manutenção preventiva regular e a monitorização do estado continuam a ser essenciais para a detecção precoce de problemas nos sistemas VFD.A análise de vibração e os testes de resistência ao isolamento fornecem informações valiosas sobre os problemas em desenvolvimento antes de ocorrerem falhas catastróficas.