Блог около Исследование рассматривает преждевременные отказы двигателей в системах с частотно-регулируемым приводом

Электродвигатели служат "сердцем" промышленного производства, в то время как приводы с переменной частотой (VFD) выступают в качестве критических устройств, контролирующих это сердцебиение.Появилась тревожная тенденция - все большее число двигателей испытывают преждевременный сбой при управлении VFDЭто поднимает важные вопросы: являются ли эти сбои неизбежной ценой технологического прогресса,Или они являются предотвратимыми последствиями неправильной реализации?

Двигатели переменной частоты стали повсеместными в современных промышленных приложениях, ценятся за их энергоэффективность и точные возможности управления процессом.Поскольку VFD становятся предпочтительным решением для работы двигателя, их потенциальное негативное влияние на долговечность двигателей часто не замечается, пока не возникают преждевременные сбои.В данном анализе рассматриваются четыре основных режима отказа в двигателях с VFD и представлены практические решения для продления срока службы оборудования и поддержания стабильности производства..

VFD используют технологию модуляции ширины импульса (PWM) для моделирования синусных волн переменного тока для управления двигателем.PWM волновые формы генерируют крутые подъем напряжения и высокие пиковые напряжения, которые постепенно ухудшают изоляцию обмоткиЭтот эффект особенно выражен у старых двигателей или двигателей с более низкими классами изоляции.

Решение:Специально разработанные "двигатели VFD" (также называемые инверторными двигателями) включают более высококачественные изоляционные материалы и оптимизированные конфигурации обмоток для выдержки напряжений напряжения.Стандарт NEMA MG1 Часть 31 конкретно определяет требования к таким двигателям., требующие превосходных изоляционных систем, способных выдерживать работу VFD.

Даже двигатели с VFD-рейтингом остаются уязвимыми к повреждению подшипников от потоков вала - явление, вызванное генерацией VFD напряжением общего режима.Эти напряжения создают потенциальные различия между валом двигателя и рамы, что приводит к разряду тока через подшипники.В результате электрическая дуга создает микроскопические ямы и паттерны, которые ускоряют отказ подшипника через процесс, называемый электрической эрозией.

Решение:Хотя полная ликвидация оказывается сложной, существует несколько стратегий смягчения последствий:

• Кольца заземления вала:Проводящие щетки или волокна, установленные на валах двигателя, обеспечивают путь с низким сопротивлением к земле, обходя подшипники.
• Заземляющие ремни:Правильное соединение между рамой двигателя и системой заземления оборудования снижает напряжение общего режима.
• Изолированные подшипники:Керамические или покрытые подшипники прерывают текущие пути, но несут значительные затраты.
• Изолированная установка:Электрическая изоляция двигателей предотвращает циркуляцию тока через механические соединения.

В то время как VFD превосходят в экономии энергии за счет снижения скорости, более медленная работа пропорционально уменьшает охлаждающую способность вентиляторов, установленных на вал.Продолжительная работа на низких скоростях создает тепловое напряжение, которое ускоряет старение изоляции и сокращает срок службы двигателя, даже при скоростях, умеренно ниже допустимых.

Решение:Два основных подхода к решению проблем охлаждения:

• Моторы с более высоким коэффициентом эксплуатации:Двигатели с коэффициентом службы 1,15 или более обеспечивают дополнительную тепловую мощность, хотя эффекты VFD могут уменьшить эту маржу.
• Независимые системы охлаждения:Отдельно работающие охлаждающие вентиляторы поддерживают адекватный воздушный поток независимо от скорости двигателя, что имеет решающее значение для длительной работы на низких скоростях.

Приложения, требующие длинных каналов между VFD и двигателями, сталкиваются с уникальными проблемами.создание пиков напряжения на терминалах двигателя, которые превышают изоляционные возможностиЭти преходящие перенапряжения резко сокращают срок службы двигателя.

Пример случая:На одном из предприятий в течение трех месяцев произошли восемь катастрофических сбоев 500-сильных двигателей Baldor VFD из-за напряжения, превышающего 1500 В от длинных проездов кабеля.

Решение:Существует несколько технических подходов:

• Мягкие VFD PWM:Регулируемые частоты переключения уменьшают переходные напряжения при сохранении соответствия NEMA MG1 Часть 31.
• фильтры dV/dt:Эти устройства ограничивают скорость повышения напряжения, обычно ограничивая пики системы 480 В вблизи 975 В.
• Синусовые фильтры:Наиболее эффективное (и дорогое) решение преобразует выходы PWM в почти синусоидные волновые формы, ограничивая пики ниже 800 В.

Успешное смягчение последствий требует скоординированного осуществления на всех уровнях организации.В то время как специалисты по закупкам должны определить соответствующие стандарты оборудованияИнженерный персонал должен оценить конкретные требования каждого приложения, чтобы выбрать оптимальные решения, балансирующие производительность, надежность и стоимость.

Регулярное профилактическое обслуживание и наблюдение за состоянием остаются необходимыми для раннего выявления проблем в системах VFD.Вибрационный анализ и испытания сопротивления изоляции дают ценные сведения о развивающихся проблемах до катастрофических сбоев.