Знания! Диагностика общих неисправностей и меры по устранению неисправностей двигателя с регулируемой частотой.

1. Характеристики двигателей переменной частоты.

1.1 Электромагнитная конструкция

Для обычных асинхронных двигателей параметрами производительности, учитываемыми при проектировании двигателя с регулируемой частотой, являются перегрузочная способность, пусковые характеристики, КПД и коэффициент мощности. Однако для двигателей с регулируемой частотой ключевой вопрос, который необходимо решить, заключается в том, как улучшить адаптивность двигателя к несинусоидальным источникам питания, поскольку критический коэффициент скольжения обратно пропорционален частоте источника питания, что позволяет двигателю запускаться непосредственно при критическом скольжении. Коэффициент приближается к 1. Поэтому перегрузочной способности и пусковым характеристикам уделяется меньше внимания. Во-первых, минимизируйте сопротивление статора и ротора, чтобы уменьшить основные потери в меди и компенсировать увеличение потерь в меди, вызванное гармониками более высокого порядка. Во-вторых, для подавления высших гармоник тока необходимо соответствующее увеличение индуктивности двигателя. Однако реактивное сопротивление утечки в пазах ротора является значительным, и его скин-эффект также значителен, что приводит к увеличению потерь в меди из-за гармоник более высокого порядка. Следовательно, величина реактивного сопротивления рассеяния двигателя должна уравновешивать рациональность согласования импедансов во всем диапазоне скоростей. Кроме того, основная магнитная цепь двигателей с регулируемой частотой обычно проектируется ненасыщенной, поскольку гармоники более высокого порядка могут углубить насыщение магнитной цепи. Кроме того, для увеличения выходного крутящего момента на низких частотах необходимо соответствующим образом увеличить выходное напряжение преобразователя частоты.

1.2 Структурный проект

При проектировании конструкции учитывается влияние несинусоидальных источников питания на изоляционную конструкцию двигателя переменной частоты, вибрацию, шум и методы охлаждения. Как правило, уровень изоляции соответствует классу F или выше и усилен, чтобы выдерживать ударное напряжение изоляции, включая прочность изоляции заземления и изоляции обмоток. Чтобы решить проблемы вибрации и шума двигателя, жесткость компонентов двигателя и общая жесткость полностью учитываются для улучшения их собственной частоты, чтобы избежать резонанса с различными силовыми волнами. Обычно применяется мощное принудительное вентиляционное охлаждение, которое предполагает независимый привод главного вентилятора охлаждения двигателя. Для двигателей мощностью более 160 кВт следует принять меры по изоляции подшипников, поскольку они легко могут вызвать асимметрию магнитной цепи и ток по оси. Когда ток, генерируемый другими высокочастотными компонентами, действует совместно, ток оси значительно увеличивается, вызывая повреждение подшипника. Поэтому обычно принимаются изоляционные меры. Кроме того, для двигателей с переменной частотой и постоянной мощностью следует использовать специальную высокотемпературную смазку, когда скорость превышает 3000 об/мин, чтобы компенсировать повышение температуры подшипника.

2. Диагностика типичных неисправностей двигателей с регулируемой частотой

2.1 Межвитковое короткое замыкание и частичный разряд

Междувитковое короткое замыкание и частичный разряд являются распространенными типами нарушений изоляции в двигателях с регулируемой частотой. Межвитковое короткое замыкание обычно проявляется как обширное повреждение одной из катушек двигателя, тогда как частичный разряд характеризуется появлением хорошей изоляции в катушке двигателя, но с нулевым сопротивлением изоляции. Повреждение системы изоляции двигателя вызвано не только одним фактором, но и такими факторами, как частичный разряд и местный диэлектрический нагрев.

Частичный разряд. В настоящее время при работе преобразователей частоты малой и средней мощности силовые устройства IGBT обычно используются с технологией широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Устройство управления скоростью ШИМ, состоящее из этих устройств, может обеспечивать высокие пики с крутыми передними фронтами, а его частота модуляции высока, что оказывает серьезное влияние на изоляцию.

Локальный нагрев диэлектрика: если напряженность электрического поля E в двигателе значительно превышает критическое значение изоляции, степень потери диэлектрика будет становиться все более и более серьезной. Особенно по мере того, как частота продолжает расти, частичный разряд также будет увеличиваться, вызывая выделение тепла, что приведет к более серьезным проблемам, таким как ток утечки.

Циклическое переменное напряжение. Когда двигатели с регулируемой частотой вводятся в эксплуатацию через источник питания ШИМ, повреждение подшипников двигателя в целом становится все более серьезным из-за циклического переменного напряжения. Поскольку на начальном этапе проектирования не учитываются всесторонние электрические и механические характеристики, процесс старения скорости двигателя будет увеличиваться.

2.2 Повреждение подшипников и чрезмерная вибрация

При анализе влияния системы привода с преобразователем частоты ШИМ в формальной эксплуатации проблема повреждения подшипников и чрезмерной вибрации во всем двигателе с регулируемой частотой становится все более серьезной и часто приводит к таким проблемам. Например, у двигателя с регулируемой частотой мощностью 690 кВт на высокоскоростном проволочном заводе возникли серьезные проблемы с вибрацией всего через 3 месяца использования. При диагностике неисправности и устранении неисправности двигатель был разобран и обнаружены пятна на его поверхности из-за воздействия тока вала, вызвавшие серьезные повреждения подшипников двигателя.

2.3 Колебания тока

На одном стане холодной прокатки в системе двигателя с регулируемой частотой номинальной мощностью 250 кВт/400 В/430 А постоянно происходили сбои устройств. В процессе устранения проблемы заранее был проведен неконтролируемый нагрузочный тест V/F двигателя, и результаты теста показали, что ток был ненормальным в диапазоне от 7 до 30 Гц. Самое главное, что амплитуды трехфазных токов явно колебались, при этом максимальный колебательный ток достигал 700 А. Анализ этой проблемы привел к проведению экспериментов на других двигателях и преобразователях частоты того же типа, что, в свою очередь, привело к открытию того, что проблемы нестабильности существуют как в двигателях, так и в преобразователях частоты в том же диапазоне частот. Когда двигатель находился вблизи промышленной частоты, его рабочее состояние было относительно стабильным, но если бы он находился в диапазоне частот 20–30 Гц, и особенно при частоте 40 Гц, ток двигателя колебался бы с периодом 10–20 Гц. Если пиковое значение будет слишком высоким, это серьезно повлияет на все рабочее состояние двигателя. Для асинхронного двигателя, если он находится в состоянии нулевой скорости скольжения, переходные колебания крутящего момента будут нестабильными. Более того, пульсации крутящего момента и переходные изменения напряжения/частоты при инверторном приводе могут вызвать очевидные колебания крутящего момента, которые могут перерасти в вибрации и даже продолжать вибрацию. Этот тип колебаний крутящего момента в некоторой степени коррелирует с гармоническими токами. Поэтому, когда двигатель переменной частоты находится в нестабильном рабочем состоянии, нецелесообразно просто предполагать, что двигатель или преобразователь частоты неисправен. Вместо этого для принятия правильного решения о неисправности необходим всесторонний анализ параметров двигателя и преобразователя частоты.

3. Меры по устранению неисправностей двигателей с регулируемой частотой.

Применение двигателей с регулируемой частотой становится все более распространенным. При техническом обслуживании двигателей с регулируемой частотой необходимо принимать эффективные меры с учетом их характеристик, чтобы обеспечить их нормальную работу.

3.1 Требования к техническому обслуживанию двигателей с частотно-регулируемым управлением

В двигателях с регулируемой частотой обычно используются 4-полюсные двигатели с расчетной базовой частотой, установленной на уровне 50 Гц. Диапазон частот составляет 0–50 Гц (0–1480 об/мин) для работы с постоянным крутящим моментом и 50–100 Гц (1480–2800 об/мин) для работы с постоянной мощностью. Весь диапазон скоростей составляет от 0 до 2800 об/мин, что соответствует требованиям большинства приводных устройств. Характеристики двигателя аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока с регулируемой скоростью, и его скорость может изменяться плавно и стабильно. Если в диапазоне скоростей с постоянным крутящим моментом требуется более высокий выходной крутящий момент, можно также выбрать 6- или 8-полюсный двигатель, но размер двигателя будет относительно больше. Для электромагнитного проектирования двигателей с регулируемой частотой используется гибкое программное обеспечение САПР, а расчетная точка базовой частоты двигателя может быть скорректирована в любое время. Характеристики двигателя в каждой точке базовой частоты можно точно смоделировать на компьютере, что расширяет диапазон скорости двигателя с постоянным крутящим моментом. Основываясь на фактических условиях эксплуатации двигателя, мы можем увеличить мощность двигателя при том же типоразмере или увеличить выходной крутящий момент двигателя на основе использования одного и того же преобразователя частоты для обеспечения наилучшего состояния двигателя при различных рабочих условиях.

Двигатели с регулируемой частотой также могут быть оснащены дополнительными энкодерами скорости для достижения высокоточной скорости, управления положением и быстрого динамического реагирования. Они также могут быть оснащены тормозами постоянного (или переменного) тока, предназначенными для конкретного двигателя, для достижения быстрого, эффективного, безопасного и надежного торможения. Благодаря конструкции с регулируемой базовой частотой двигателей с регулируемой частотой можно изготавливать различные высокоскоростные двигатели для поддержания постоянных характеристик крутящего момента во время работы на высоких скоростях. Он в определенной степени заменяет оригинальный двигатель промежуточной частоты и имеет более низкую цену. Двигатели с регулируемой частотой представляют собой синхронные или асинхронные двигатели трехфазного переменного тока. В зависимости от выходной мощности преобразователя частоты питание двигателя может быть трехфазным 380 В или трехфазным 220 В. Преобразователь частоты мощностью менее 4 кВт обычно имеет трехфазный источник питания 220 В. Поскольку двигатель переменной частоты разделен на различные зоны управления постоянной мощностью и скоростью с постоянным крутящим моментом в зависимости от точки базовой частоты двигателя (или точки поворота), настройка точки базовой частоты преобразователя частоты и точки базовой частоты двигателя очень важна.

3.2 Улучшение характеристик изоляции

Разумное использование покрытий проводов, устойчивых к коронному разряду, может помочь увеличить количество слоев защитного покрытия на экранах. Квантово-химическая технология может использоваться для непосредственного вовлечения химических материалов, используемых для защиты, в реакцию полимеризации полимера на основе покрытия, служащего основным материалом для пленки покрытия, обеспечивая своевременное рассеивание и разрешение высокочастотных перенапряжений и улучшение общего коронного разряда. устойчивость пленки покрытия. В настоящее время выбранные материалы для изоляции пазов включают NHN и DMD класса F, изготовленные из комбинации нескольких различных смесей, которые имеют сильные органические характеристики и не обладают устойчивостью к коронному разряду. Поэтому следует использовать новые щелевые изоляторы, содержащие слюду, поскольку включение слюды способствует повышению устойчивости к коронному разряду. Для межфазной изоляции следует выбирать изделия с поверхностями из полиэфирной фланели. Этот тип продукта имеет значительные преимущества перед другими материалами в поглощении смолы, способствуя образованию эффективного соединения с проводами.

Процесс пропитки всегда был важной процедурой для двигателей с преобразователем частоты во время технического обслуживания, и самое главное, о чем следует помнить, — это избегать растекания смолы. Обычно используется VPI, или после обработки VPI могут быть добавлены процессы пропитки, эффективно устраняющие пузырьки, непрерывно заполняющие газовые зазоры в обмотке, а также увеличивающие электрическую и механическую прочность обмотки, тем самым усиливая ее устойчивость к нагреву и загрязнению. Если позволяют условия, для обработки можно использовать УФ-сушку и нагрев током, что может дать отличные результаты.

Кроме того, важно избегать коротких замыканий и обеспечивать соответствие сборки подшипников двигателя и других компонентов основным требованиям точности, а также избегать серьезных проблем с локальным нагревом, вызванных потерями на вихревые токи. Несоблюдение этого требования в конечном итоге повлияет на изоляционные характеристики двигателя.

3.3 Устранение влияния тока на валу

Чтобы гарантировать снижение тока на валу до безопасного уровня, ток на валу следует контролировать на уровне ниже 0,4 А/мм2 или 0,35 мВ. С учетом конкретной среды и характеристик двигателя следует принять целенаправленные меры по устранению неблагоприятного воздействия тока на валу.

Подавление гармоник источника питания. Чтобы устранить влияние токов на валу, можно добавить фильтры непосредственно в систему управления скоростью инверторного источника питания или использовать соответствующие устройства управления скоростью с преобразованием частоты, которые могут уменьшить гармоники и тем самым уменьшить неблагоприятные последствия токи на валу и вибрации.

Меры по изоляции подшипников: Для устранения вредного воздействия токов на валу можно принять специальные меры по изоляции подшипников. Современные методы обычно включают изоляцию подшипника со стороны нагрузки двигателя, изоляцию подшипников со стороны, не нагруженной, использование изолированных подшипников в качестве основного подшипника в конструкциях подшипников качения или равномерное напыление изолирующего слоя толщиной 50-100 мм на внутреннюю поверхность. и наружные поверхности подшипника с помощью ионного напыления. Кроме того, следует принять такие меры, как добавление изоляционных втулок в опорную камеру торцевой крышки, увеличение слоев изоляции между втулкой и торцевой крышкой и затяжку подшипников внутренней и внешней крышки. Для скользящих несущих конструкций в фиксированных опорных точках можно добавить подходящие плиты из эпоксидной стеклоткани или добавить соединения изоляционных труб в местах впуска и выпуска нефтепровода. Все эти методы позволяют эффективно устранить неблагоприятное воздействие тока на валу.

Для устранения воздействия тока на валу также можно использовать линии контроля для усиления изоляции, улучшения условий эксплуатации двигателя и других стратегий. Таким образом, для достижения хороших результатов следует принимать эффективные меры, исходя из конкретных характеристик и требований двигателя, а также учитывать различные точки зрения.

3.4 Улучшение проблем с колебаниями тока

После долгосрочного тестирования, обобщения и анализа можно использовать увеличение инерции вращения двигателя или соответствующую его нагрузку для обеспечения эффективного управления проблемами колебаний тока и улучшения нестабильности тока двигателя. Кроме того, соответствующее увеличение емкости на стороне постоянного тока инверторов напряжения может уменьшить колебания напряжения. В сочетании с рабочим состоянием инвертора, управляемым ШИМ, использование элементов быстрого переключения или непосредственное уменьшение частоты модуляции ШИМ может помочь избежать влияния мертвой зоны на выходное напряжение и устранить колебания. Чтобы устранить проблемы с колебаниями тока, можно использовать двигатели с высокой скоростью скольжения, обратной связью по току и другие методы, чтобы обеспечить своевременную обратную связь о ситуации векторного управления цепью, тем самым улучшая стабильность двигателя с преобразованием частоты.