Kiến thức!Các biện pháp chẩn đoán và xử lý sự cố lỗi thường gặp của động cơ biến tần

1. Đặc điểm của động cơ biến tần

1.1 Thiết kế điện từ

Đối với động cơ không đồng bộ thông thường, các thông số hiệu suất được xem xét trong quá trình thiết kế động cơ có tần số thay đổi là khả năng quá tải, hiệu suất khởi động, hiệu suất và hệ số công suất. Tuy nhiên, đối với động cơ có tần số thay đổi, vấn đề mấu chốt cần giải quyết là làm thế nào để cải thiện khả năng thích ứng của động cơ với các nguồn điện không hình sin vì hệ số trượt tới hạn tỷ lệ nghịch với tần số nguồn điện, cho phép động cơ khởi động trực tiếp khi trượt tới hạn. tỷ lệ tiến gần đến 1. Do đó, người ta ít quan tâm đến khả năng quá tải và hiệu suất khởi động. Đầu tiên, giảm thiểu điện trở của stato và rôto để giảm tổn thất đồng cơ bản và bù đắp cho sự gia tăng tổn thất đồng do sóng hài bậc cao gây ra. Thứ hai, để triệt tiêu các sóng hài bậc cao trong dòng điện, cần phải tăng độ tự cảm động cơ một cách thích hợp. Tuy nhiên, điện kháng rò rỉ khe rôto là đáng kể và hiệu ứng bề mặt của nó cũng đáng kể, làm tăng tổn thất đồng do sóng hài bậc cao. Do đó, kích thước của điện kháng rò rỉ của động cơ phải cân bằng tính hợp lý của việc kết hợp trở kháng trên toàn bộ dải tốc độ. Ngoài ra, mạch từ chính của động cơ có tần số thay đổi thường được thiết kế không bão hòa, vì sóng hài bậc cao có thể làm bão hòa mạch từ sâu hơn. Hơn nữa, để tăng mômen đầu ra ở tần số thấp, điện áp đầu ra của bộ biến tần phải được tăng một cách thích hợp.

1.2 Thiết kế kết cấu

Trong quá trình thiết kế kết cấu, tác động của nguồn điện không hình sin đến cấu trúc cách điện động cơ tần số thay đổi, độ rung, tiếng ồn và phương pháp làm mát sẽ được xem xét. Nói chung, mức cách điện là cấp F hoặc cao hơn, được tăng cường để chịu được khả năng điện áp va đập của cách điện, bao gồm cách điện nối đất và độ bền cách điện của cuộn dây. Để giải quyết các vấn đề về rung và tiếng ồn của động cơ, độ cứng và độ cứng tổng thể của bộ phận động cơ được xem xét đầy đủ để cải thiện tần số vốn có của chúng nhằm tránh cộng hưởng với các sóng lực khác nhau. Làm mát thông gió cưỡng bức mạnh thường được áp dụng, bao gồm một bộ truyền động động cơ độc lập cho quạt làm mát động cơ chính. Đối với động cơ có công suất lớn hơn 160KW, cần áp dụng biện pháp cách điện ổ trục vì dễ gây ra hiện tượng mất đối xứng mạch từ và dòng điện trên trục. Khi dòng điện do các bộ phận tần số cao khác tạo ra tác dụng cùng nhau, dòng điện trên trục sẽ tăng lên đáng kể, gây hư hỏng ổ trục. Vì vậy, các biện pháp cách nhiệt thường được thực hiện. Hơn nữa, đối với động cơ có tần số thay đổi công suất không đổi, nên sử dụng mỡ nhiệt độ cao đặc biệt khi tốc độ vượt quá 3000/phút để bù cho sự tăng nhiệt độ trong ổ trục.

2. Chẩn đoán lỗi thường gặp của động cơ biến tần

2.1 Ngắn mạch lần lượt và phóng điện cục bộ

Đoản mạch lần lượt và phóng điện cục bộ là những lỗi cách điện phổ biến ở động cơ có tần số thay đổi. Đoản mạch lần lượt thường được biểu hiện bằng hư hỏng nặng ở một trong các cuộn dây trong động cơ, trong khi phóng điện một phần được đặc trưng bởi vẻ ngoài cách điện tốt trong cuộn dây động cơ nhưng có điện trở cách điện bằng 0. Hư hỏng hệ thống cách điện của động cơ không chỉ do một yếu tố đơn lẻ gây ra mà còn do các yếu tố như phóng điện cục bộ và đốt nóng điện môi cục bộ.

Phóng điện cục bộ: Hiện nay, trong hoạt động của các bộ biến tần có công suất vừa và nhỏ, các thiết bị nguồn IGBT được sử dụng phổ biến cho công nghệ điều chế độ rộng xung (PWM). Thiết bị điều khiển tốc độ PLC bao gồm các thiết bị này có thể tạo ra xung đột cao với các cạnh dốc và tần số điều chế của nó cao, điều này có tác động nghiêm trọng đến lớp cách điện.

Làm nóng điện môi cục bộ: Nếu cường độ điện trường E trong động cơ vượt quá đáng kể giá trị tới hạn cách điện thì mức độ tổn thất điện môi sẽ ngày càng nghiêm trọng. Đặc biệt khi tần số tiếp tục tăng, hiện tượng phóng điện cục bộ cũng sẽ tăng, do đó sinh ra nhiệt sẽ dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng hơn như rò rỉ dòng điện.

Ứng suất xoay chiều theo chu kỳ: Khi động cơ có tần số thay đổi được đưa vào sử dụng chính thức thông qua nguồn cấp điện xung lực, hư hỏng toàn bộ vòng bi động cơ sẽ ngày càng trở nên nghiêm trọng do ứng suất xoay chiều theo chu kỳ. Vì không có sự xem xét toàn diện về hiệu suất tổng thể về điện và cơ trong giai đoạn thiết kế ban đầu nên quá trình lão hóa tốc độ động cơ sẽ tăng lên.

2.2 Hư hỏng vòng bi và rung quá mức

Khi phân tích ảnh hưởng của hệ thống truyền động bộ biến tần điều khiển xung quanh trong quá trình vận hành chính thức, vấn đề hư hỏng vòng bi và độ rung quá mức trong toàn bộ động cơ biến tần sẽ ngày càng trở nên nghiêm trọng và thường dẫn đến những vấn đề như vậy. Ví dụ, một động cơ có tần số thay đổi 690kW trong một nhà máy sản xuất dây tốc độ cao đã phát sinh vấn đề rung lắc nghiêm trọng chỉ sau 3 tháng sử dụng. Trong quá trình chẩn đoán lỗi và khắc phục sự cố, động cơ đã được tháo rời và phát hiện các vết đốm trên bề mặt do ảnh hưởng của dòng điện trên trục, gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho vòng bi động cơ.

2.3 Dao động hiện tại

Tại một nhà máy cán nguội nào đó, hệ thống động cơ biến tần có công suất 250kW/400V/430A liên tục gặp sự cố thiết bị. Trong quá trình khắc phục sự cố, thử nghiệm tải không điều khiển V/F của động cơ đã được thực hiện trước và kết quả thử nghiệm cho thấy dòng điện bất thường trong phạm vi từ 7 đến 30Hz. Quan trọng nhất, biên độ của dòng điện ba pha rõ ràng đang dao động, với dòng dao động cực đại đạt tới 700A. Một phân tích về vấn đề này đã dẫn đến việc thử nghiệm được tiến hành trên các động cơ và bộ biến tần khác cùng loại, từ đó dẫn đến việc phát hiện ra rằng các vấn đề không ổn định tồn tại trong cả động cơ và bộ biến tần trong cùng một dải tần. Khi động cơ ở gần tần số nguồn điện thì trạng thái hoạt động của nó tương đối ổn định, nhưng nếu ở dải tần 20-30Hz và đặc biệt là 40Hz thì dòng điện của động cơ sẽ dao động với chu kỳ 10-20Hz. Khi giá trị cực đại quá cao, toàn bộ trạng thái hoạt động của động cơ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Đối với động cơ không đồng bộ, nếu nó ở trạng thái có tốc độ trượt bằng 0 thì dao động mô men nhất thời sẽ không ổn định. Hơn nữa, gợn sóng mô-men xoắn và những thay đổi nhất thời trong V/F khi điều khiển biến tần có thể gây ra những dao động mô-men xoắn rõ ràng có thể chuyển thành rung động và thậm chí tiếp tục rung động. Kiểu dao động mômen này có tương quan phần nào với dòng điện hài. Do đó, khi động cơ có tần số thay đổi ở trạng thái chạy không ổn định, sẽ không phù hợp nếu chỉ cho rằng động cơ hoặc bộ biến tần có lỗi. Thay vào đó, cần phải phân tích toàn diện các thông số của động cơ và bộ biến tần để đưa ra phán đoán chính xác về lỗi.

3. Các biện pháp khắc phục sự cố cho động cơ có tần số thay đổi

Việc ứng dụng động cơ biến tần ngày càng trở nên phổ biến. Để bảo trì động cơ có tần số thay đổi, phải thực hiện các biện pháp hiệu quả dựa trên đặc tính của chúng để đảm bảo chúng hoạt động bình thường.

3.1 Yêu cầu bảo trì đối với động cơ điều khiển tần số thay đổi

Động cơ điều khiển tần số thay đổi thường sử dụng động cơ 4 cực, với tần số cơ bản thiết kế được đặt ở 50Hz. Dải tần số là 0-50Hz (0-1480r/phút) khi vận hành với mô-men xoắn không đổi và 50-100Hz (1480-2800r/phút) khi vận hành với công suất không đổi. Toàn bộ dải tốc độ là từ 0-2800r/phút, đáp ứng yêu cầu của hầu hết các thiết bị truyền động. Hiệu suất của động cơ tương tự như động cơ biến tốc DC và tốc độ của nó có thể thay đổi trơn tru và ổn định. Nếu cần mô-men xoắn đầu ra cao hơn trong phạm vi tốc độ mô-men xoắn không đổi, cũng có thể chọn động cơ 6 cực hoặc 8 cực, nhưng kích thước của động cơ sẽ tương đối lớn hơn. Thiết kế điện từ của động cơ điều khiển tần số thay đổi sử dụng phần mềm thiết kế CAD linh hoạt và điểm thiết kế tần số cơ bản của động cơ có thể được điều chỉnh bất cứ lúc nào. Hiệu suất của động cơ tại mỗi điểm tần số cơ bản có thể được mô phỏng chính xác trên máy tính, giúp mở rộng phạm vi tốc độ mô-men xoắn không đổi của động cơ. Dựa trên điều kiện hoạt động thực tế của động cơ, chúng ta có thể tăng công suất động cơ trong cùng một kích thước khung hoặc tăng mô-men xoắn đầu ra của động cơ trên cơ sở sử dụng cùng một bộ biến tần để chế tạo động cơ ở trạng thái tốt nhất trong các điều kiện làm việc khác nhau.

Động cơ điều khiển tần số thay đổi cũng có thể được trang bị bộ mã hóa tốc độ bổ sung để đạt được tốc độ chính xác cao, điều khiển vị trí và lợi thế đáp ứng động nhanh. Chúng cũng có thể được trang bị phanh DC (hoặc AC) dành riêng cho động cơ để đạt được hiệu suất phanh nhanh, hiệu quả, an toàn và đáng tin cậy. Do thiết kế tần số cơ bản có thể điều chỉnh của động cơ điều khiển tần số thay đổi, nhiều động cơ tốc độ cao khác nhau có thể được sản xuất để duy trì đặc tính mô-men xoắn không đổi trong quá trình vận hành tốc độ cao. Điều này ở một mức độ nhất định thay thế động cơ tần số trung gian ban đầu và ở mức giá thấp hơn. Động cơ điều khiển tần số thay đổi là động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ xoay chiều ba pha. Theo công suất đầu ra của bộ biến tần, nguồn điện của động cơ có thể là 380V ba pha hoặc 220V ba pha. Đối với máy biến tần có công suất dưới 4KW thường có nguồn điện 220V 3 pha. Do động cơ có tần số thay đổi được chia thành các vùng điều khiển tốc độ mô-men xoắn và công suất không đổi khác nhau dựa trên điểm tần số cơ sở (hoặc điểm quay vòng) của động cơ nên việc thiết lập điểm tần số cơ sở của bộ biến tần và điểm tần số cơ sở của động cơ đều rất quan trọng.

3.2 Cải thiện hiệu suất cách nhiệt

Việc sử dụng hợp lý lớp phủ dây chống corona có thể giúp tăng số lượng lớp phủ bảo vệ trên màn hình. Công nghệ hóa học lượng tử có thể được sử dụng để liên quan trực tiếp đến các vật liệu hóa học được sử dụng để che chắn trong phản ứng trùng hợp của polyme dựa trên lớp phủ, đóng vai trò là vật liệu chính cho màng phủ, đảm bảo phân tán và giải quyết kịp thời quá điện áp tần số cao và cải thiện quầng sáng tổng thể. điện trở của màng phủ. Vật liệu cách nhiệt khe hiện được lựa chọn bao gồm NHN và DMD loại F được làm từ sự kết hợp của nhiều hỗn hợp khác nhau, có đặc tính hữu cơ mạnh và không có khả năng kháng vầng hào quang. Do đó, nên sử dụng các khe cách điện mới có chứa mica, vì việc đưa mica vào sẽ hỗ trợ cải thiện khả năng chống lại hào quang. Để cách nhiệt xen kẽ, nên chọn sản phẩm có bề mặt flannel polyester. Loại sản phẩm này có ưu điểm vượt trội so với các vật liệu khác trong việc hấp thụ nhựa, hỗ trợ hình thành liên kết hiệu quả với dây.

Quá trình ngâm tẩm luôn là một quy trình quan trọng đối với động cơ chuyển đổi tần số trong quá trình bảo trì và điều quan trọng nhất cần lưu ý là tránh chảy nhựa. VPI thường được sử dụng hoặc có thể thêm quy trình ngâm tẩm sau khi xử lý VPI, loại bỏ bong bóng một cách hiệu quả, liên tục lấp đầy các khoảng trống khí trong cuộn dây, đồng thời cũng tăng độ bền điện và cơ của cuộn dây, từ đó tăng cường khả năng chống chịu nhiệt và ô nhiễm. Nếu điều kiện cho phép, có thể sử dụng tia cực tím và sấy nóng bằng dòng điện để xử lý, điều này có thể mang lại kết quả tuyệt vời.

Ngoài ra, điều quan trọng là tránh gây ra đoản mạch và đảm bảo rằng việc lắp ráp vòng bi động cơ và các bộ phận khác đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác cơ bản, đồng thời tránh các vấn đề nghiêm trọng về nhiệt cục bộ do tổn thất dòng điện xoáy. Không làm như vậy cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất cách điện của động cơ.

3.3 Loại bỏ ảnh hưởng của dòng điện trục

Để đảm bảo dòng điện trên trục có thể giảm xuống mức vô hại, dòng điện trên trục phải được kiểm soát dưới 0,4A/mm2 hoặc 0,35mV. Dựa trên môi trường cụ thể và đặc điểm của động cơ, cần thực hiện các biện pháp có mục tiêu để loại bỏ các tác động bất lợi của dòng điện trên trục.

Ngăn chặn sóng hài của nguồn điện: Để loại bỏ ảnh hưởng của dòng điện trục, có thể thêm bộ lọc trực tiếp vào hệ thống điều khiển tốc độ nguồn điện biến tần hoặc có thể sử dụng các thiết bị điều khiển tốc độ chuyển đổi tần số phù hợp, có thể làm giảm sóng hài và do đó làm giảm tác động bất lợi của dòng điện trục và rung động.

Các biện pháp cách nhiệt ổ trục: Có thể thực hiện các biện pháp cách điện dành riêng cho ổ trục để loại bỏ trực tiếp các tác động bất lợi của dòng điện trên trục. Các phương pháp hiện nay thường bao gồm cách nhiệt ổ trục phía chịu tải của động cơ, cách nhiệt ổ trục bên không tải, sử dụng ổ trục cách điện làm dạng ổ trục chính trong kết cấu ổ lăn hoặc phun đều một lớp cách điện 50-100mm vào bên trong. và bề mặt bên ngoài của ổ trục bằng phương pháp phun ion. Ngoài ra, cần thực hiện các biện pháp như bổ sung ống bọc cách nhiệt vào buồng chịu lực của nắp cuối, tăng lớp cách nhiệt giữa ống bọc và nắp cuối, đồng thời siết chặt vòng bi nắp trong và ngoài. Đối với kết cấu ổ trục trượt, có thể lắp thêm tấm vải thủy tinh epoxy phù hợp tại các vị trí chịu lực cố định hoặc có thể lắp thêm các mối nối ống cách nhiệt tại các vị trí đường ống dẫn dầu đầu vào và đầu ra. Tất cả các phương pháp này có thể loại bỏ một cách hiệu quả các tác động bất lợi của dòng điện trục.

Để loại bỏ ảnh hưởng của dòng điện trên trục, dây giám sát cũng có thể được sử dụng để tăng cường cách điện, cải thiện môi trường vận hành động cơ và các chiến lược khác. Tóm lại, cần thực hiện các biện pháp hiệu quả dựa trên các đặc điểm và yêu cầu cụ thể của động cơ, đồng thời cần tính đến nhiều góc độ khác nhau để đạt được kết quả tốt.

3.4 Cải thiện các vấn đề về dao động hiện tại

Sau khi thử nghiệm, tóm tắt và phân tích trong thời gian dài, việc tăng quán tính quay của động cơ hoặc tải nó theo cách thích hợp có thể được sử dụng để đảm bảo quản lý hiệu quả các vấn đề dao động hiện tại và cải thiện tính không ổn định của dòng điện động cơ. Ngoài ra, việc tăng điện dung phía DC thích hợp của bộ biến tần loại điện áp có thể làm giảm dao động điện áp. Kết hợp với trạng thái hoạt động của biến tần được điều khiển bằng xung điện, sử dụng các phần tử chuyển mạch nhanh hoặc giảm trực tiếp tần số điều chế của xung điện xung có thể giúp tránh ảnh hưởng vùng chết đến điện áp đầu ra và loại bỏ hiện tượng dao động. Để loại bỏ các vấn đề dao động hiện tại, có thể sử dụng động cơ có tốc độ trượt cao, phản hồi dòng điện và các phương pháp khác để đảm bảo phản hồi kịp thời về tình huống điều khiển vectơ mạch, từ đó cải thiện độ ổn định của động cơ chuyển đổi tần số.