Diagnóstico de fallas comunes y medidas de reparación de motores de frecuencia variable

1. Las características del motor de frecuencia variable.

1.1 Diseño electromagnético

Para los motores asíncronos ordinarios, los principales parámetros de rendimiento considerados en el diseño de motores de frecuencia variable son la capacidad de sobrecarga, el rendimiento de arranque, la eficiencia y el factor de potencia. En cuanto al motor de conversión de frecuencia, dado que el deslizamiento crítico es inversamente proporcional a la frecuencia de potencia, se puede arrancar directamente cuando el deslizamiento crítico es cercano a 1.

Por lo tanto, ya no es necesario considerar demasiado la capacidad de sobrecarga y el rendimiento de arranque, y el problema clave a resolver es cómo mejorar la adaptabilidad del motor a la energía de onda no sinusoidal. Primero, reduzca la resistencia del estator y del rotor tanto como sea posible.

Reducir la resistencia del estator puede reducir la pérdida fundamental de cobre para compensar el aumento de la pérdida de cobre causada por armónicos de alto orden. En segundo lugar, para suprimir los armónicos más altos en la corriente, es necesario aumentar adecuadamente la inductancia del motor. Sin embargo, la reactancia de fuga de la ranura del rotor es grande, el efecto superficial también es grande y la pérdida de armónicos de alto orden en el cobre también aumenta.

Por lo tanto, el tamaño de la reactancia de fuga del motor debe tener en cuenta la racionalidad de la adaptación de impedancia en todo el rango de velocidades. Además, el circuito magnético principal del motor de frecuencia variable generalmente está diseñado para estar en un estado insaturado. Una es considerar que los armónicos de alto orden profundizarán la saturación del circuito magnético, y la otra es considerar que a bajas frecuencias, el voltaje de salida del inversor debe aumentarse adecuadamente para aumentar el par de salida.

1.2 Diseño Estructural

Al diseñar la estructura, se considera principalmente la influencia de las características de potencia no sinusoidales en la estructura de aislamiento, la vibración y los métodos de enfriamiento de ruido del motor de frecuencia variable. En primer lugar, en términos de nivel de aislamiento, generalmente es de nivel F o superior, y se refuerzan el aislamiento de tierra y la intensidad del aislamiento de giro, especialmente se debe considerar la capacidad del aislamiento para resistir el voltaje de impacto. Para los problemas de vibración y ruido del motor, es necesario considerar plenamente la rigidez de los componentes del motor y del conjunto, e intentar aumentar su frecuencia natural para evitar resonancias con cada onda de fuerza.

Generalmente, se utiliza ventilación forzada para la refrigeración, es decir, el ventilador de refrigeración del motor principal es accionado por un motor independiente. Se deben utilizar medidas de aislamiento de rodamientos para motores con una capacidad de más de 160 KW, principalmente porque es fácil generar asimetría en el circuito magnético y corriente en el eje. Cuando las corrientes generadas por otros componentes de alta frecuencia trabajan juntas, la corriente del eje aumentará considerablemente, lo que provocará daños en los rodamientos, por lo que generalmente se toman medidas de aislamiento.

Además, para motores de frecuencia variable de potencia constante, cuando la velocidad supera los 3000/min, se debe utilizar grasa especial con resistencia a altas temperaturas para compensar el aumento de temperatura del rodamiento.

2 Diagnóstico de fallas comunes de motores de frecuencia variable

2.1 Cortocircuito entre espiras, descarga parcial

Los cortocircuitos entre espiras y las descargas parciales son formas relativamente comunes de fallas de aislamiento en motores de frecuencia variable. Entre ellos, un cortocircuito entre espiras generalmente se manifiesta como una gran área de daño en una de las bobinas del motor, y la descarga parcial se concentra en la apariencia de la bobina del motor. Pero se ha demostrado que la resistencia del aislamiento es cero. En este momento, el daño al sistema de aislamiento del motor no solo es causado por un solo factor sino también por descarga parcial, calentamiento local del medio y otros factores.

Descarga parcial: En la actualidad, en el proceso de operación de inversores de pequeña y mediana capacidad, se utiliza generalmente la tecnología de modulación de ancho de pulso de los dispositivos de potencia IGBT. El dispositivo de control de velocidad PWM compuesto por estos componentes puede proporcionar picos imponentes, y los picos tienen características de frente pronunciadas. Al mismo tiempo, su frecuencia de modulación es mayor, por lo que el daño al aislamiento es más grave.

Calentamiento local del medio: Si la intensidad del campo eléctrico E en el motor supera claramente el valor crítico de aislamiento, las pérdidas del medio se agravarán progresivamente. En particular, al aumentar la frecuencia, las descargas parciales también se incrementarán, generando calor que inevitablemente provocará problemas más graves, como corrientes de fuga. Con el tiempo, no solo aumentarán las pérdidas por unidad de volumen, sino que también se incrementará la temperatura del motor, lo que acelerará considerablemente el envejecimiento del aislamiento.

Esfuerzo alterno cíclico: Mediante el modo de alimentación de frecuencia variable PWM, cuando el motor de frecuencia variable entra en funcionamiento, puede frenar directamente a través de diversos métodos proporcionados por el convertidor de frecuencia. Bajo la influencia del esfuerzo variable cíclico, el envejecimiento del aislamiento del motor se acelera progresivamente. Dado que la integridad eléctrica y mecánica no se consideró de forma integral en la fase inicial de diseño, el envejecimiento del motor seguirá aumentando.

2.2 Daños en los rodamientos, vibración excesiva

Combinado con el efecto del sistema de accionamiento del inversor PWM cuando se pone en funcionamiento formal, el problema de daños en los rodamientos de todo el motor de conversión de frecuencia se volverá cada vez más grave, e incluso a menudo ocurren problemas como daños en los rodamientos y vibración excesiva. Después de que se puso en funcionamiento un motor de frecuencia variable de 690 kW en una fábrica de alambre de alta velocidad, en tan solo 3 meses comenzaron a aparecer problemas como vibraciones graves. Al realizar el diagnóstico de fallas y el mantenimiento de este problema, el motor se desmontó fuera de línea y se encontró que había muchos puntos quemados en la superficie del rodamiento, y estos puntos quemados también eran relativamente obvios. La razón fue que el cojinete del motor resultó gravemente dañado debido a la influencia de la corriente del eje.

2.3 Oscilación actual

Al analizar con ejemplos, hay un sistema de motor de frecuencia variable de 250 kW/400 V/430 A en una planta de laminación en frío, y el problema de quemar componentes se ha producido continuamente cuando está en funcionamiento. Al realizar el mantenimiento y tratamiento del convertidor de frecuencia, se realizó previamente en el motor la operación de prueba sin carga del control V/F.

Según los resultados de la prueba, se encontró que la corriente del motor era anormal en el rango de 7 a 30 Hz y, lo que es más importante, la amplitud de la corriente trifásica tiene una oscilación obvia y la amplitud de corriente de oscilación más alta puede alcanzar 700 A. Después de que ocurrió el problema, el personal de mantenimiento relevante llevó a cabo inmediatamente pruebas en los motores y convertidores de frecuencia existentes del mismo tipo. Según los resultados de las pruebas, se encontró que los motores y convertidores de frecuencia dentro del mismo rango de frecuencia eran inestables. Cerca de la frecuencia de alimentación, el estado del motor es relativamente estable, pero si está a una frecuencia de 40 Hz, especialmente en el rango de 20 a 30 Hz, la corriente del motor oscilará en un período de aproximadamente 10 a 20 Hz. Si el valor máximo en este momento es demasiado alto, el motor y todo el funcionamiento del sistema se verán seriamente afectados.

Para analizar esta situación, para motores asíncronos, si la tasa de deslizamiento es cero, habrá factores inestables en los cambios positivos y negativos del par transitorio. Más importante aún, la ondulación del par impulsada por el inversor, el cambio transitorio de V/F, provocará una ondulación del par más obvia, que puede evolucionar a vibración o incluso continuar vibrando. En esta situación, existe una cierta correlación entre la ondulación del par y la corriente armónica y otros factores.

Si el motor de frecuencia variable está funcionando, su estado de funcionamiento es inestable y no se debe considerar simplemente que el motor o el convertidor de frecuencia están defectuosos, sino que es necesario analizar exhaustivamente los parámetros del motor y del convertidor de frecuencia, para emitir un juicio razonable sobre la culpa.

3. Medidas de mantenimiento en caso de fallo del motor de conversión de frecuencia.

Los motores de frecuencia variable se utilizan cada vez más. Para su mantenimiento, es necesario adoptar medidas eficaces, adaptadas a las características de cada motor, para garantizar su correcto funcionamiento.

3.1 Requisitos para el mantenimiento del motor regulador de velocidad de frecuencia variable.

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Los motores de regulación de velocidad de conversión de frecuencia generalmente eligen motores de 4 etapas, el punto de funcionamiento de frecuencia base está diseñado a 50 Hz, el motor funciona con un par constante dentro del rango de frecuencia de 0-50 Hz (velocidad 0-1480 r/min) y la frecuencia es 50 -100 Hz (velocidad 1480-2800 r/min) El motor funciona a potencia constante dentro del rango de min) y todo el rango de regulación de velocidad es (0-2800 r/min), lo que básicamente cumple con los requisitos de los equipos de conducción generales. Sus características de funcionamiento son las mismas que las de los motores de regulación de velocidad de CC y la regulación de velocidad es suave y estable.

Si desea aumentar el par de salida dentro del rango de regulación de velocidad de par constante, también puede elegir un motor de 6 u 8 niveles, pero el volumen del motor es relativamente mayor. Dado que el diseño electromagnético del motor regulador de velocidad de frecuencia variable utiliza un software de diseño CAD flexible, el punto de diseño de frecuencia fundamental del motor se puede ajustar en cualquier momento y podemos simular con precisión las características de funcionamiento del motor en cada punto de frecuencia fundamental en el computadora.

Se ha ampliado el rango de regulación de velocidad de par constante del motor. De acuerdo con las condiciones de trabajo reales del motor, podemos aumentar la potencia del motor dentro del mismo tamaño de bastidor o usar el mismo convertidor de frecuencia para aumentar la potencia del motor. El par de salida se eleva más para cumplir con el diseño y la fabricación del motor en el mejor estado en diversas condiciones de trabajo.

El motor regulador de velocidad de frecuencia variable puede equiparse con un codificador de velocidad adicional, que puede aprovechar las ventajas de una velocidad de alta precisión, control de posición y una respuesta característica dinámica rápida. También puede equiparse con un freno de CC (o CA) especial para que el motor logre un rendimiento de frenado rápido, efectivo, seguro y confiable.

Debido al diseño de frecuencia base ajustable del motor regulador de velocidad de frecuencia variable, también podemos fabricar varios motores de alta velocidad que mantienen las características de par constante durante el funcionamiento a alta velocidad, reemplazando hasta cierto punto los motores de frecuencia intermedia originales, y el el precio es bajo. El motor regulador de velocidad de frecuencia variable es un motor síncrono o asíncrono de CA trifásico. Según la potencia de salida del inversor, los hay trifásicos de 380V o trifásicos de 220V, por lo que la fuente de alimentación del motor también tiene trifásicos de 380V o trifásicos de 220V.

Generalmente, el inversor por debajo de 4 KW solo tiene tres fases de 220 V, ya que el motor de frecuencia variable se divide en diferentes áreas de regulación de velocidad de potencia constante y regiones de regulación de velocidad de par constante por el punto de frecuencia base (o punto de inflexión) del motor, los ajustes del El punto de frecuencia base del convertidor de frecuencia y el punto de frecuencia base del motor de conversión de frecuencia son muy importantes.

3.2 Mejorar el rendimiento del aislamiento

El uso racional de alambre esmaltado resistente a la corona favorece el aumento adecuado de la capa de película de pintura de la pantalla. Mediante la aplicación de tecnología de química cuántica, los materiales químicos utilizados para el blindaje pueden participar directamente en la reacción de policondensación de polímeros a base de pintura como material principal de la película de pintura, asegurando que el voltaje soportado de impulso de alta frecuencia pueda dispersarse y disolverse en el tiempo. para mejorar la resistencia general a la corona de la película de pintura. Actualmente, el material aislante de las ranuras se fabrica a partir de varias mezclas diferentes, como NHN y DMD de grado F. Este tipo de material tiene fuertes características orgánicas, por lo que no tiene resistencia corona. En base a esto, se selecciona el uso de un nuevo tipo de aislamiento de ranura que contiene mica, y la adición de mica es beneficiosa para mejorar la resistencia a la corona.

En cuanto al aislamiento entre fases, se debe seleccionar el tipo de producto con vellón de poliéster en la superficie. En comparación con otros materiales, este tipo de producto tiene ventajas obvias en la absorción de resina, lo que favorece la formación de una unión eficaz con el alambre.

El proceso de impregnación siempre ha sido uno de los procesos más importantes en el mantenimiento de motores de frecuencia variable. El punto más importante es evitar la salida de resina. Por lo general, se opta por utilizar VPI para el tratamiento, o después del tratamiento con VPI, se puede agregar el proceso de impregnación apropiadamente, lo que favorece la eliminación de las burbujas de aire a tiempo, llena continuamente el espacio de aire en el devanado y también puede mejorar la resistencia eléctrica y mecánica. del devanado para garantizar que se fortalezca su propia resistencia al calor y a las manchas. Si las condiciones lo permiten, se puede tratar mediante calentamiento ultravioleta y el método de secado actual, que puede lograr buenos resultados.

Además, cabe señalar que durante todo el proceso de mantenimiento del motor de frecuencia variable, evite cortocircuitos y otros problemas, asegúrese de que el ensamblaje de varios componentes, como los cojinetes del motor, pueda cumplir con los requisitos básicos de precisión y trate de evitar daños locales graves. Calentamiento causado por la pérdida de corrientes parásitas y otros problemas; de lo contrario, inevitablemente afectará el rendimiento del aislamiento del motor.

3.3 Eliminar la influencia de la corriente del eje.

Para garantizar que la corriente del eje se pueda reducir a un nivel inofensivo, generalmente es necesario asegurarse de que la corriente del eje se controle por debajo de 0.4 A/mm2 o 0.35 mV. En base a esto, se deben tomar contramedidas específicas en combinación con el entorno de uso específico y las características del tipo del motor para eliminar los efectos adversos de la corriente del eje.

Supresión de armónicos de la fuente de alimentación: para eliminar la influencia de la corriente del eje, mediante la aplicación razonable del sistema de control de velocidad de la fuente de alimentación del inversor, puede agregarle filtros directamente o utilizar el dispositivo de control de velocidad de conversión de frecuencia correspondiente, que es propicio. para reducir los armónicos. Al mismo tiempo, también puede reducir los efectos adversos de la corriente y la vibración del eje.

Medidas de aislamiento de los rodamientos: la adopción de medidas de aislamiento específicas para los rodamientos también puede eliminar a tiempo los efectos adversos de la corriente del eje. En la actualidad, el método común es poner a tierra el rodamiento en el lado de carga del motor y aislar el rodamiento en el lado sin carga. Cuando se utiliza la estructura de rodamientos, se puede optar por utilizar el rodamiento aislante como forma de rodamiento principal, o en la superficie del aro interior y del aro exterior del rodamiento. Utilice el método de pulverización de iones para pulverizar uniformemente la capa aislante de 50 a 100 mm. Además, según la situación real, se puede agregar un manguito directamente a la cámara de cojinete de la cubierta del extremo y se agrega una capa aislante entre el manguito y la cubierta del extremo para sujetar los cojinetes de la cubierta interior y exterior. Cuando se utiliza la estructura de soporte deslizante, puede agregar directamente almohadillas de tela de vidrio epoxi a la posición del cojinete fijo o agregar juntas de tubería aislantes en la posición de las tuberías de entrada y salida de aceite. El uso de estos métodos puede eliminar eficazmente los efectos adversos de la corriente del eje.

Al eliminar la corriente del eje, además de los métodos anteriores, también puede optar por utilizar la línea de monitoreo para fortalecer el rendimiento del aislamiento y mejorar el entorno operativo del motor y otras estrategias. Con todo, no importa qué método elija utilizar, debe comenzar desde múltiples ángulos según las características y requisitos de la situación real para lograr buenos resultados.

3.4 Eliminar la influencia de la corriente del eje.

Supresión de armónicos en la fuente de alimentación: Para eliminar la influencia de la corriente del eje, mediante una aplicación adecuada del sistema de control de velocidad de la fuente de alimentación del inversor, se pueden añadir filtros directamente o utilizar un dispositivo de control de velocidad con convertidor de frecuencia compatible, lo que contribuye a reducir los armónicos. Asimismo, se reducen los efectos adversos de la corriente del eje y las vibraciones.

Medidas de aislamiento de rodamientos: La aplicación de medidas de aislamiento específicas para los rodamientos permite eliminar a tiempo los efectos adversos de la corriente del eje. Actualmente, el método común consiste en conectar a tierra el rodamiento del lado de carga del motor y aislar el rodamiento del lado sin carga. En el caso de los rodamientos de rodillos, se puede optar por utilizar el aislamiento como elemento principal del rodamiento o en la superficie de los anillos interior y exterior. Se puede aplicar una capa aislante uniforme de 50 a 100 mm mediante pulverización iónica. Además, según la situación, se puede añadir un manguito directamente a la cámara del rodamiento de la tapa, y una capa aislante entre el manguito y la tapa para fijar los rodamientos de las tapas interior y exterior. En el caso de los rodamientos deslizantes, se pueden añadir almohadillas de tela de fibra de vidrio epoxi en la posición del rodamiento fijo, o juntas aislantes en las posiciones de las tuberías de entrada y salida de aceite. Estos métodos permiten eliminar eficazmente los efectos adversos de la corriente del eje.

3.5 Mejorar el problema de oscilación actual.

Después de experimentos, resúmenes y análisis a largo plazo, para garantizar el tratamiento eficaz del problema de oscilación actual y mejorar la situación actual inestable, se puede lograr aumentando continuamente la inercia o carga del motor, o aumentando adecuadamente el tipo de voltaje. Capacitancia del lado de CC del inversor, lo que favorece la reducción del impacto de las fluctuaciones de voltaje.

Combinado con el estado operativo del inversor controlado por PWM, el uso de elementos de conmutación rápida o la reducción directa de la frecuencia de modulación del PWM es beneficioso para evitar fluctuaciones en el voltaje de salida debido a la influencia de la zona muerta. Para mejorar el problema de la oscilación de corriente, también es posible utilizar un motor con una alta tasa de deslizamiento y utilizar métodos como la retroalimentación de corriente para garantizar que el control vectorial del circuito pueda retroalimentarse en el tiempo, a fin de garantizar la mejora de la estabilidad operativa del motor de frecuencia variable.