Der Motor ist schnell kaputt und der Wechselrichter verhält sich wie ein Dämon?Lesen Sie das Geheimnis zwischen Motor und Wechselrichter in einem Artikel!
Viele Menschen haben das Phänomen der Beschädigung des Motors durch den Wechselrichter entdeckt.In einer Wasserpumpenfabrik beispielsweise berichteten die Benutzer in den letzten zwei Jahren häufig, dass die Wasserpumpe während der Garantiezeit beschädigt wurde.In der Vergangenheit war die Qualität der Produkte der Pumpenfabrik sehr zuverlässig.Nach einer Untersuchung wurde festgestellt, dass diese beschädigten Wasserpumpen alle von Frequenzumrichtern angetrieben wurden.
Das Aufkommen von Frequenzumrichtern hat Innovationen in der industriellen Automatisierungssteuerung und zur Energieeinsparung von Motoren gebracht.Die industrielle Produktion ist nahezu untrennbar mit Frequenzumrichtern verbunden.Auch im täglichen Leben sind Aufzüge und Inverter-Klimaanlagen zu unverzichtbaren Bestandteilen geworden.Frequenzumrichter dringen mittlerweile in alle Bereiche der Produktion und des Lebens vor.Allerdings bringt der Frequenzumrichter auch viele noch nie dagewesene Probleme mit sich, unter denen Schäden am Motor eines der typischsten Phänomene sind.
Viele Menschen haben das Phänomen der Beschädigung des Motors durch den Wechselrichter entdeckt.In einer Wasserpumpenfabrik beispielsweise berichteten die Benutzer in den letzten zwei Jahren häufig, dass die Wasserpumpe während der Garantiezeit beschädigt wurde.In der Vergangenheit war die Qualität der Produkte der Pumpenfabrik sehr zuverlässig.Nach einer Untersuchung wurde festgestellt, dass diese beschädigten Wasserpumpen alle von Frequenzumrichtern angetrieben wurden.
Obwohl das Phänomen, dass der Frequenzumrichter den Motor beschädigt, immer mehr Aufmerksamkeit erregt hat, ist den Mechanismen dieses Phänomens immer noch nicht bekannt, geschweige denn, wie man es verhindern kann.Der Zweck dieses Artikels besteht darin, diese Verwirrungen zu beseitigen.
Wechselrichterschaden am Motor
Die Beschädigung des Wechselrichters am Motor umfasst zwei Aspekte: die Beschädigung der Statorwicklung und die Beschädigung des Lagers, wie in Abbildung 1 dargestellt. Diese Art von Beschädigung tritt im Allgemeinen innerhalb weniger Wochen bis zehn Monaten auf, und die spezifische Zeit hängt davon ab von der Marke des Wechselrichters, der Marke des Motors, der Leistung des Motors, der Trägerfrequenz des Wechselrichters, der Länge des Kabels zwischen Wechselrichter und Motor und der Umgebungstemperatur.Viele Faktoren hängen zusammen.Der frühe Unfallschaden des Motors führt zu enormen wirtschaftlichen Verlusten für die Produktion des Unternehmens.Bei dieser Art von Verlust handelt es sich nicht nur um die Kosten für die Reparatur und den Austausch des Motors, sondern, was noch wichtiger ist, um den wirtschaftlichen Verlust, der durch einen unerwarteten Produktionsstopp verursacht wird.Daher muss beim Einsatz eines Frequenzumrichters zum Antrieb eines Motors ausreichend auf das Problem der Motorschädigung geachtet werden.
Wechselrichterschaden am Motor
Der Unterschied zwischen Wechselrichterantrieb und industriellem Frequenzantrieb
Um den Mechanismus zu verstehen, warum Netzfrequenzmotoren bei Umrichterantrieb wahrscheinlicher beschädigt werden, müssen Sie zunächst den Unterschied zwischen der Spannung des umrichterbetriebenen Motors und der Netzfrequenzspannung verstehen.Dann erfahren Sie, wie sich dieser Unterschied negativ auf den Motor auswirken kann.
Der Grundaufbau des Frequenzumrichters ist in Abbildung 2 dargestellt und besteht aus zwei Teilen, der Gleichrichterschaltung und der Wechselrichterschaltung.Die Gleichrichterschaltung ist eine Gleichspannungsausgangsschaltung, die aus gewöhnlichen Dioden und Filterkondensatoren besteht, und die Wechselrichterschaltung wandelt die Gleichspannung in eine pulsweitenmodulierte Spannungswellenform (PWM-Spannung) um.Daher ist die Spannungswellenform des umrichterbetriebenen Motors eine Impulswellenform mit variierender Impulsbreite und keine sinusförmige Spannungswellenform.Der Antrieb des Motors mit Impulsspannung ist die Hauptursache für die leichte Beschädigung des Motors.
Der Mechanismus der Beschädigung der Motorstatorwicklung durch den Wechselrichter
Wenn die Impulsspannung über das Kabel übertragen wird und die Impedanz des Kabels nicht mit der Impedanz der Last übereinstimmt, kommt es am Lastende zu Reflexionen.Die Reflexion führt dazu, dass sich die einfallende Welle und die reflektierte Welle zu einer höheren Spannung überlagern.Seine Amplitude kann höchstens das Doppelte der DC-Busspannung erreichen, was etwa dem Dreifachen der Eingangsspannung des Wechselrichters entspricht, wie in Abbildung 3 dargestellt. Der Spule des Motorstators wird eine übermäßige Spitzenspannung hinzugefügt, was zu einem Spannungsschock an der Spule führt , und häufige Überspannungsstöße führen zum vorzeitigen Ausfall des Motors.
Nachdem der vom Frequenzumrichter angetriebene Motor der Spitzenspannung ausgesetzt ist, hängt seine tatsächliche Lebensdauer von vielen Faktoren ab, darunter Temperatur, Verschmutzung, Vibration, Spannung, Trägerfrequenz und Spulenisolationsprozess.
Je höher die Trägerfrequenz des Wechselrichters ist, desto näher kommt die Wellenform des Ausgangsstroms einer Sinuswelle, wodurch die Betriebstemperatur des Motors gesenkt und die Lebensdauer der Isolierung verlängert wird.Eine höhere Trägerfrequenz bedeutet jedoch, dass die Anzahl der pro Sekunde erzeugten Spannungsspitzen größer ist und die Anzahl der Stöße auf den Motor größer ist.Abbildung 4 zeigt die Isolationslebensdauer als Funktion der Kabellänge und Trägerfrequenz.Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass bei einem 200-Fuß-Kabel die Lebensdauer der Isolierung von etwa 80.000 Stunden auf 20.000 Stunden sinkt, wenn die Trägerfrequenz von 3 kHz auf 12 kHz erhöht wird (eine Änderung um das Vierfache). 4 Mal).
Einfluss der Trägerfrequenz auf die Isolierung
Je höher die Temperatur des Motors, desto kürzer ist die Lebensdauer der Isolierung, wie in Abbildung 5 dargestellt. Wenn die Temperatur auf 75 °C ansteigt, beträgt die Lebensdauer des Motors nur noch 50 %.Da die PWM-Spannung bei einem von einem Wechselrichter angetriebenen Motor mehr Hochfrequenzkomponenten enthält, ist die Temperatur des Motors viel höher als bei einem Netzfrequenz-Spannungsantrieb.
Mechanismus zur Beschädigung des Motorlagers durch den Wechselrichter
Der Grund dafür, dass der Frequenzumrichter das Motorlager beschädigt, liegt darin, dass ein Strom durch das Lager fließt und dieser Strom sich in einem Zustand intermittierender Verbindung befindet.Der intermittierende Verbindungskreis erzeugt einen Lichtbogen, der das Lager verbrennt.
Es gibt zwei Hauptgründe für den Stromfluss in den Lagern des Wechselstrommotors.Erstens die induzierte Spannung, die durch das Ungleichgewicht des internen elektromagnetischen Feldes erzeugt wird, und zweitens der durch Streukapazität verursachte Hochfrequenzstrompfad.
Das Magnetfeld im Inneren des idealen Wechselstrom-Induktionsmotors ist symmetrisch.Wenn die Ströme der dreiphasigen Wicklungen gleich sind und sich die Phasen um 120° unterscheiden, wird an der Welle des Motors keine Spannung induziert.Wenn die vom Wechselrichter ausgegebene PWM-Spannung dazu führt, dass das Magnetfeld im Motor asymmetrisch ist, wird an der Welle eine Spannung induziert.Der Spannungsbereich beträgt 10–30 V, was sich auf die Antriebsspannung bezieht.Je höher die Antriebsspannung, desto höher ist die Spannung an der Welle.hoch.Wenn der Wert dieser Spannung die Spannungsfestigkeit des Schmieröls im Lager übersteigt, entsteht ein Strompfad.Irgendwann während der Drehung der Welle stoppt die Isolierung des Schmieröls den Strom wieder.Dieser Vorgang ähnelt dem Ein-Aus-Vorgang eines mechanischen Schalters.Dabei wird ein Lichtbogen erzeugt, der die Oberfläche von Welle, Kugel und Wellentopf abträgt und dabei Löcher bildet.Wenn keine externen Vibrationen vorhanden sind, haben kleine Grübchen keinen allzu großen Einfluss, wenn jedoch externe Vibrationen vorhanden sind, entstehen Rillen, die einen großen Einfluss auf den Betrieb des Motors haben.
Darüber hinaus haben Experimente gezeigt, dass die Spannung an der Welle auch mit der Grundfrequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters zusammenhängt.Je niedriger die Grundfrequenz ist, desto höher ist die Spannung an der Welle und desto schwerwiegender ist der Lagerschaden.
In der frühen Phase des Motorbetriebs, wenn die Schmieröltemperatur niedrig ist, beträgt der Strombereich 5-200 mA, ein so kleiner Strom verursacht keine Schäden am Lager.Wenn der Motor jedoch längere Zeit läuft und die Temperatur des Schmieröls steigt, erreicht der Spitzenstrom 5–10 A, was zu einem Überschlag und zur Bildung kleiner Grübchen auf der Oberfläche der Lagerkomponenten führt.
Schutz der Motorstatorwicklungen
Wenn die Kabellänge 30 Meter überschreitet, erzeugen moderne Frequenzumrichter unweigerlich Spannungsspitzen am Motorende, was die Lebensdauer des Motors verkürzt.Um Schäden am Motor zu verhindern, gibt es zwei Möglichkeiten.Die eine besteht darin, einen Motor mit höherer Wicklungsisolierung und Spannungsfestigkeit zu verwenden (allgemein als Motor mit variabler Frequenz bezeichnet), die andere darin, Maßnahmen zur Reduzierung der Spitzenspannung zu ergreifen.Die erste Maßnahme eignet sich für neu gebaute Projekte, die zweite Maßnahme eignet sich für die Umrüstung vorhandener Motoren.
Die derzeit am häufigsten verwendeten Motorschutzmethoden sind:
1) Installieren Sie eine Drossel am Ausgangsende des Frequenzumrichters: Diese Maßnahme wird am häufigsten verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Methode bei kürzeren Kabeln (unter 30 Metern) einen gewissen Effekt hat, der Effekt jedoch manchmal nicht ideal ist , wie in Abbildung 6(c) gezeigt.
2) Installieren Sie einen du/dt-Filter am Ausgangsende des Frequenzumrichters: Diese Maßnahme eignet sich für Fälle, in denen die Kabellänge weniger als 300 Meter beträgt und der Preis etwas höher ist als der des Reaktors, aber die Wirkung war vorhanden deutlich verbessert, wie in Abbildung 6(d) dargestellt.
3) Installieren Sie einen Sinusfilter am Ausgang des Frequenzumrichters: Diese Maßnahme ist am idealsten.Da hier die PWM-Impulsspannung in eine Sinusspannung umgewandelt wird, arbeitet der Motor unter den gleichen Bedingungen wie die Netzfrequenzspannung und das Problem der Spitzenspannung ist vollständig gelöst (unabhängig von der Länge des Kabels wird es auftreten). keine Spitzenspannung).
4) Installieren Sie einen Spitzenspannungsabsorber an der Schnittstelle zwischen Kabel und Motor: Der Nachteil der vorherigen Maßnahmen besteht darin, dass bei großer Leistung des Motors die Drossel oder der Filter ein großes Volumen und Gewicht aufweist und der Preis relativ ist hoch.Darüber hinaus verursachen sowohl der Filter als auch der Filter einen gewissen Spannungsabfall, der sich auf das Ausgangsdrehmoment des Motors auswirkt.Durch den Einsatz des Wechselrichter-Spitzenspannungsabsorbers können diese Mängel behoben werden.Der von 706 der Second Academy of Aerospace Science and Industry Corporation entwickelte SVA-Spannungsspitzenabsorber nutzt fortschrittliche Leistungselektroniktechnologie und intelligente Steuerungstechnologie und ist ein ideales Gerät zur Behebung von Motorschäden.Darüber hinaus schützt der SVA-Spike-Absorber die Lager des Motors.
Der Spannungsspitzenabsorber ist ein neuartiges Motorschutzgerät.Schließen Sie die Leistungseingangsklemmen des Motors parallel an.
1) Die Spitzenspannungserkennungsschaltung erkennt die Spannungsamplitude auf der Motorstromleitung in Echtzeit;
2) Wenn die Größe der erkannten Spannung den eingestellten Schwellenwert überschreitet, steuern Sie die Spitzenenergie-Pufferschaltung, um die Energie der Spitzenspannung zu absorbieren.
3) Wenn der Spitzenenergiepuffer mit der Energie der Spitzenspannung voll ist, wird das Steuerventil für die Spitzenenergieabsorption geöffnet, so dass die Spitzenenergie im Puffer in den Spitzenenergieabsorber entladen wird und die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird Energie;
4) Der Temperaturwächter überwacht die Temperatur des Spitzenenergieabsorbers.Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird das Steuerventil für die Spitzenenergieabsorption ordnungsgemäß geschlossen, um die Energieabsorption zu verringern (unter der Voraussetzung, dass der Motor geschützt ist), und so zu verhindern, dass der Spitzenspannungsabsorber überhitzt und Schäden verursacht.Schaden;
5) Die Funktion des Lagerstrom-Absorptionskreises besteht darin, den Lagerstrom zu absorbieren und das Motorlager zu schützen.
Im Vergleich zu den oben genannten du/dt-Filtern, Sinuswellenfiltern und anderen Motorschutzmethoden bietet der Spitzenabsorber die größten Vorteile: geringe Größe, niedriger Preis und einfache Installation (parallele Installation).Gerade bei hohen Leistungen kommen die Vorteile des Spitzenabsorbers hinsichtlich Preis, Volumen und Gewicht zum Tragen.Da es parallel installiert ist, tritt außerdem kein Spannungsabfall auf, und es kommt zu einem gewissen Spannungsabfall am du/dt-Filter und am Sinuswellenfilter, und der Spannungsabfall des Sinuswellenfilters liegt nahe bei 10 %, wodurch sich das Drehmoment des Motors verringert.
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