¡Conocimiento! Diagnóstico de fallas comunes y medidas de solución de problemas de motores de frecuencia variable.

1. Características de los motores de frecuencia variable

1.1 Diseño electromagnético

Para los motores asíncronos ordinarios, los parámetros de rendimiento considerados durante el diseño del motor de frecuencia variable son la capacidad de sobrecarga, el rendimiento de arranque, la eficiencia y el factor de potencia. Sin embargo, para los motores de frecuencia variable, la cuestión clave a abordar es cómo mejorar la adaptabilidad del motor a fuentes de energía no sinusoidales porque la relación de deslizamiento crítico es inversamente proporcional a la frecuencia de la fuente de alimentación, lo que permite que el motor arranque directamente cuando el deslizamiento crítico. La relación se acerca a 1. Por lo tanto, se da menos consideración a la capacidad de sobrecarga y al rendimiento inicial. Primero, minimice la resistencia del estator y del rotor para reducir la pérdida fundamental de cobre y compensar el aumento de la pérdida de cobre causada por armónicos de orden superior. En segundo lugar, para suprimir los armónicos de orden superior en la corriente, es necesario un aumento adecuado de la inductancia del motor. Sin embargo, la reactancia de fuga de la ranura del rotor es significativa y su efecto superficial también es significativo, provocando una mayor pérdida de cobre debido a armónicos de orden superior. Por lo tanto, el tamaño de la reactancia de fuga del motor debe equilibrar la racionalidad de la adaptación de impedancia en todo el rango de velocidades. Además, el circuito magnético principal de los motores de frecuencia variable generalmente está diseñado para estar insaturado, considerando que los armónicos de orden superior pueden profundizar la saturación del circuito magnético. Además, para aumentar el par de salida a bajas frecuencias, la tensión de salida del convertidor de frecuencia variable debe aumentarse adecuadamente.

1.2 Diseño Estructural

Durante el diseño estructural, se considera el impacto de las fuentes de energía no sinusoidales en la estructura de aislamiento del motor de frecuencia variable, la vibración, el ruido y los métodos de enfriamiento. Generalmente, el nivel de aislamiento es clase F o superior, reforzado para soportar la capacidad de voltaje de impacto del aislamiento, incluido el aislamiento de tierra y la resistencia del aislamiento del devanado. Para abordar los problemas de vibración y ruido del motor, se considera plenamente que la rigidez del componente del motor y la rigidez general mejoran su frecuencia inherente para evitar la resonancia con diversas ondas de fuerza. Generalmente se adopta un fuerte enfriamiento por ventilación forzada, que implica un accionamiento de motor independiente para el ventilador de enfriamiento del motor principal. Para motores con una capacidad de más de 160 KW, se deben adoptar medidas de aislamiento de los cojinetes, ya que fácilmente causarán asimetría en el circuito magnético y corriente en el eje. Cuando la corriente generada por otros componentes de alta frecuencia actúa en conjunto, la corriente del eje aumentará significativamente y provocará daños en los rodamientos. Por lo tanto, generalmente se toman medidas de aislamiento. Además, para motores de potencia constante y frecuencia variable, se debe utilizar grasa especial para altas temperaturas cuando la velocidad supera los 3000/min para compensar el aumento de temperatura en el rodamiento.

2. Diagnóstico de fallas comunes de motores de frecuencia variable

2.1 Cortocircuito entre espiras y descarga parcial

Los cortocircuitos entre espiras y las descargas parciales son tipos comunes de fallas de aislamiento en motores de frecuencia variable. El cortocircuito entre espiras generalmente se manifiesta como un daño extenso a una de las bobinas del motor, mientras que la descarga parcial se caracteriza por la aparición de un buen aislamiento en la bobina del motor pero con una resistencia de aislamiento de cero. El daño al sistema de aislamiento del motor no es causado únicamente por un solo factor, sino por factores como la descarga parcial y el calentamiento dieléctrico local.

Descarga parcial: Actualmente, en la operación de convertidores de frecuencia variable de pequeña y mediana capacidad, los dispositivos de potencia IGBT se utilizan comúnmente para la tecnología de modulación de ancho de pulso (PWM). El dispositivo de control de velocidad PWM compuesto por estos dispositivos puede proporcionar picos altos con bordes de ataque pronunciados y su frecuencia de modulación es alta, lo que tiene un impacto grave en el aislamiento.

Calentamiento dieléctrico local: si la intensidad del campo eléctrico E en el motor ha excedido significativamente el valor crítico de aislamiento, el grado de pérdida del dieléctrico será cada vez más grave. Especialmente a medida que la frecuencia continúa aumentando, las descargas parciales también aumentarán, generando así calor que conducirá a problemas más graves, como la corriente de fuga.

Estrés alterno cíclico: cuando los motores de frecuencia variable se utilizan formalmente a través de una fuente de alimentación PWM, el daño total del cojinete del motor será cada vez más grave debido al estrés alterno cíclico. Como no existe una consideración exhaustiva del rendimiento general eléctrico y mecánico en la fase de diseño inicial, aumentará el proceso de envejecimiento de la velocidad del motor.

2.2 Daños en los rodamientos y vibración excesiva

Al analizar el efecto del sistema de accionamiento del convertidor de frecuencia variable PWM en funcionamiento formal, el problema del daño en los cojinetes y la vibración excesiva en todo el motor de frecuencia variable se volverá cada vez más grave y, a menudo, conducirá a tales problemas. Por ejemplo, un motor de frecuencia variable de 690 kW en una fábrica de alambre de alta velocidad desarrolló graves problemas de vibración después de sólo 3 meses de uso. Durante un diagnóstico de falla y reparación del problema, el motor fue desarmado y se descubrieron manchas en su superficie debido a la influencia de la corriente del eje, lo que causó graves daños a los cojinetes del motor.

2.3 Oscilación actual

En cierto laminador en frío, un sistema de motor de frecuencia variable con una potencia nominal de 250 kW/400 V/430 A ha tenido fallas continuas en el dispositivo. Durante el proceso de resolución del problema, se realizó de antemano una prueba de carga sin control del V/F del motor y los resultados de la prueba mostraron que la corriente era anormal dentro de un rango de 7 a 30 Hz. Lo más crítico es que las amplitudes de las corrientes trifásicas oscilaban evidentemente, alcanzando la corriente oscilante máxima los 700 A. Un análisis de este problema llevó a que se realizaran experimentos con otros motores y convertidores de frecuencia del mismo tipo, lo que a su vez llevó al descubrimiento de que existían problemas de inestabilidad tanto en los motores como en los convertidores de frecuencia en el mismo rango de frecuencia. Cuando el motor estaba cerca de la frecuencia de potencia, su estado de funcionamiento era relativamente estable, pero si estaba en el rango de frecuencia de 20-30 Hz, y especialmente a 40 Hz, la corriente del motor oscilaría con un período de 10-20 Hz. Cuando el valor máximo fuera demasiado alto, todo el estado operativo del motor se vería seriamente afectado. Para un motor asíncrono, si se encuentra en un estado de tasa de deslizamiento cero, la fluctuación transitoria del par será inestable. Además, la ondulación del par y los cambios transitorios en V/F bajo el accionamiento del inversor pueden causar fluctuaciones obvias del par que pueden convertirse en vibraciones e incluso continuar vibrando. Este tipo de fluctuación de par está algo correlacionado con las corrientes armónicas. Por lo tanto, cuando un motor de frecuencia variable está en un estado de funcionamiento inestable, no es apropiado asumir simplemente que el motor o el convertidor de frecuencia tienen una falla. En cambio, es necesario un análisis exhaustivo de los parámetros del motor y del convertidor de frecuencia para realizar una valoración adecuada del fallo.

3. Medidas de solución de problemas para motores de frecuencia variable

La aplicación de motores de frecuencia variable está cada vez más extendida. Para el mantenimiento de motores de frecuencia variable se deben tomar medidas efectivas en función de sus características para asegurar su normal funcionamiento.

3.1 Requisitos de mantenimiento para motores de control de frecuencia variable

Los motores de control de frecuencia variable generalmente utilizan motores de 4 polos, con la frecuencia base de diseño establecida en 50 Hz. El rango de frecuencia es de 0-50 Hz (0-1480 r/min) para funcionamiento con par constante y de 50-100 Hz (1480-2800 r/min) para funcionamiento con potencia constante. Todo el rango de velocidad es de 0 a 2800 r/min, lo que cumple con los requisitos de la mayoría de los dispositivos de accionamiento. El rendimiento del motor es similar al de un motor de velocidad variable de CC y su velocidad puede cambiar de manera suave y estable. Si se requiere un par de salida mayor dentro del rango de velocidad de par constante, también se puede seleccionar un motor de 6 u 8 polos, pero el tamaño del motor será relativamente mayor. El diseño electromagnético de los motores de control de frecuencia variable utiliza un software de diseño CAD flexible y el punto de diseño de frecuencia base del motor se puede ajustar en cualquier momento. El rendimiento del motor en cada punto de frecuencia base se puede simular con precisión en una computadora, lo que amplía el rango de velocidad de par constante del motor. Según las condiciones de funcionamiento reales del motor, podemos aumentar la potencia del motor dentro del mismo tamaño de bastidor o aumentar el par de salida del motor utilizando el mismo convertidor de frecuencia para fabricar el motor en el mejor estado en diversas condiciones de trabajo.

Los motores de control de frecuencia variable también pueden equiparse con codificadores de velocidad adicionales para lograr velocidades de alta precisión, control de posición y ventajas de respuesta dinámica rápida. También pueden equiparse con frenos de CC (o CA) específicos del motor para lograr un rendimiento de frenado rápido, efectivo, seguro y confiable. Debido al diseño de frecuencia base ajustable de los motores de control de frecuencia variable, se pueden fabricar varios motores de alta velocidad para mantener características de par constante durante el funcionamiento a alta velocidad. Este sustituye en cierta medida al motor de frecuencia intermedia original y a un precio más reducido. Los motores de control de frecuencia variable son motores síncronos o asíncronos de CA trifásicos. Según la potencia de salida del convertidor de frecuencia, la alimentación del motor puede ser trifásica 380V o trifásica 220V. Para un convertidor de frecuencia con una potencia inferior a 4KW, suele tener una alimentación trifásica de 220V. Dado que el motor de frecuencia variable se divide en diferentes zonas de control de velocidad de potencia constante y par constante según el punto de frecuencia base del motor (o punto de giro), la configuración del punto de frecuencia base del convertidor de frecuencia y del punto de frecuencia base del motor son muy importantes.

3.2 Mejora del rendimiento del aislamiento

La utilización razonable de revestimientos de alambre resistentes a la corona puede ayudar a aumentar el número de capas de revestimiento de protección en las pantallas. La tecnología química cuántica se puede utilizar para involucrar directamente a los materiales químicos utilizados como blindaje en la reacción de polimerización del polímero basado en recubrimiento, sirviendo como material principal para la película de recubrimiento, asegurando la dispersión y resolución oportunas de la sobretensión de alta frecuencia y mejorando la corona general. Resistencia de la película de recubrimiento. Los materiales de aislamiento para ranuras seleccionados actualmente incluyen NHN y DMD de grado F, elaborados a partir de una combinación de varias mezclas diferentes, que tienen fuertes características orgánicas y no poseen resistencia a la corona. Por lo tanto, se deben utilizar nuevos aisladores de ranura que contengan mica, ya que la inclusión de mica ayuda a mejorar la resistencia a la corona. Para el aislamiento entre fases, se deben seleccionar productos con superficies de franela de poliéster. Este tipo de producto tiene importantes ventajas sobre otros materiales en cuanto a la absorción de resina, lo que ayuda a la formación de una unión eficaz con los cables.

El proceso de impregnación siempre ha sido un procedimiento importante para los motores de conversión de frecuencia durante el mantenimiento, y lo más importante a tener en cuenta es evitar el flujo de resina. Generalmente se utiliza VPI, o se pueden agregar procesos de impregnación después del tratamiento VPI, eliminando efectivamente las burbujas, llenando continuamente los espacios de gas en el devanado y también aumentando la resistencia eléctrica y mecánica del devanado, fortaleciendo así su resistencia al calor y la contaminación. Si las condiciones lo permiten, se puede utilizar secado por calentamiento UV y corriente para el tratamiento, lo que puede producir excelentes resultados.

Además, es importante evitar provocar cortocircuitos y garantizar que el montaje de los cojinetes del motor y otros componentes cumpla con los requisitos básicos de precisión, evitando al mismo tiempo graves problemas de calentamiento local causados por pérdidas por corrientes parásitas. De lo contrario, en última instancia se verá afectado el rendimiento del aislamiento del motor.

3.3 Eliminación de la influencia de la corriente del eje

Para garantizar que la corriente del eje se pueda reducir a un nivel inofensivo, la corriente del eje debe controlarse por debajo de 0,4 A/mm2 o 0,35 mV. Según el entorno específico y las características del motor, se deben tomar medidas específicas para eliminar los efectos adversos de la corriente del eje.

Suprimir los armónicos de la fuente de alimentación: para eliminar los efectos de las corrientes del eje, se pueden agregar filtros directamente al sistema de control de velocidad de la fuente de alimentación del inversor, o se pueden usar dispositivos de control de velocidad de conversión de frecuencia correspondientes, que pueden reducir los armónicos y, por lo tanto, reducir los efectos adversos de Corrientes y vibraciones del eje.

Medidas de aislamiento de los rodamientos: Se pueden tomar medidas de aislamiento específicas de los rodamientos para eliminar directamente los efectos adversos de las corrientes del eje. Los métodos actuales generalmente incluyen el aislamiento del cojinete del lado de carga del motor, el aislamiento de los cojinetes del lado sin carga, el uso de cojinetes aislados como forma de cojinete principal en estructuras de rodamientos o la pulverización uniforme de una capa aislante de 50-100 mm en el interior. y superficies exteriores del rodamiento mediante pulverización iónica. Además, se deben tomar medidas como agregar manguitos aislantes a la cámara de cojinete de la cubierta del extremo, aumentar las capas de aislamiento entre el manguito y la cubierta del extremo y apretar los cojinetes de la cubierta interior y exterior. Para estructuras de soporte deslizantes, se pueden agregar paneles de tela de vidrio epoxi adecuados en las posiciones de soporte fijas o se pueden agregar juntas de tubería aislantes en las posiciones de entrada y salida de los oleoductos. Todos estos métodos pueden eliminar eficazmente los efectos adversos de la corriente del eje.

Para eliminar los efectos de la corriente del eje, también se pueden utilizar líneas de monitoreo para fortalecer el aislamiento, mejorar el entorno operativo del motor y otras estrategias. En resumen, se deben tomar medidas eficaces en función de las características y requisitos específicos del motor, y se deben tener en cuenta varias perspectivas para lograr buenos resultados.

3.4 Mejora de los problemas de oscilación actual

Después de pruebas, resúmenes y análisis a largo plazo, se puede utilizar el aumento de la inercia rotacional del motor o cargarlo de manera adecuada para garantizar una gestión eficaz de los problemas de oscilación de la corriente y mejorar la inestabilidad de la corriente del motor. Además, un aumento apropiado de la capacitancia del lado de CC de los inversores de voltaje puede reducir las fluctuaciones de voltaje. Combinado con el estado de funcionamiento del inversor controlado por PWM, el uso de elementos de conmutación rápida o la disminución directa de la frecuencia de modulación de PWM puede ayudar a evitar la influencia de la zona muerta en el voltaje de salida y eliminar la oscilación. Para eliminar los problemas de oscilación de corriente, se pueden utilizar motores con altas tasas de deslizamiento, retroalimentación de corriente y otros métodos para garantizar una retroalimentación oportuna de la situación de control vectorial del circuito, mejorando así la estabilidad del motor de conversión de frecuencia.