Общая диагностика неисправностей и меры по ремонту двигателя с переменной частотой

Диагностика распространенных неисправностей и меры по ремонту двигателей с регулируемой частотой.

1. Характеристики частотно-регулируемого двигателя

1.1 Электромагнитная конструкция

Для обычных асинхронных двигателей основными рабочими параметрами, учитываемыми при проектировании двигателей с регулируемой частотой, являются перегрузочная способность, пусковые характеристики, КПД и коэффициент мощности. Что касается двигателя с преобразованием частоты, поскольку критическое скольжение обратно пропорционально частоте сети, его можно запустить напрямую, когда критическое скольжение близко к 1.

Следовательно, перегрузочная способность и пусковые характеристики больше не должны учитываться слишком сильно, и ключевая проблема, которую необходимо решить, заключается в том, как улучшить адаптируемость двигателя к несинусоидальной мощности. Во-первых, максимально уменьшите сопротивление статора и ротора.

Уменьшение сопротивления статора может уменьшить основные потери в меди, чтобы компенсировать увеличение потерь в меди, вызванное высшими гармониками. Во-вторых, для подавления высших гармоник тока необходимо соответствующим образом увеличить индуктивность двигателя. Однако реактивное сопротивление рассеяния прорези ротора велико, скин-эффект также велик, а потери высших гармоник в меди также увеличиваются.

Поэтому величина реактивного сопротивления рассеяния двигателя должна учитывать рациональность согласования импедансов во всем диапазоне скоростей. Кроме того, основная магнитная цепь двигателя с регулируемой частотой обычно рассчитана на работу в ненасыщенном состоянии. Во-первых, следует учитывать, что высшие гармоники будут углублять насыщение магнитной цепи, а во-вторых, учитывать, что на низких частотах выходное напряжение инвертора должно быть соответствующим образом увеличено, чтобы увеличить выходной крутящий момент.

1.2 Структурный дизайн

При проектировании конструкции в основном учитывается влияние несинусоидальности мощностных характеристик на изоляцию конструкции, вибрационно-шумовые методы охлаждения частотно-регулируемого двигателя. Прежде всего, с точки зрения уровня изоляции, как правило, это уровень F или выше, а изоляция заземления и интенсивность изоляции витков усилены, особенно следует учитывать способность изоляции выдерживать ударное напряжение. Для проблем с вибрацией и шумом двигателя необходимо полностью учитывать жесткость компонентов двигателя и всего и пытаться увеличить его собственную частоту, чтобы избежать резонанса с каждой силовой волной.

Как правило, для охлаждения используется принудительная вентиляция, то есть охлаждающий вентилятор главного двигателя приводится в действие независимым двигателем. Меры по изоляции подшипников следует использовать для двигателей мощностью более 160 кВт, в основном потому, что легко создать асимметрию магнитной цепи и ток на валу. Когда токи, генерируемые другими высокочастотными компонентами, работают вместе, ток вала значительно увеличивается, что приводит к повреждению подшипника, поэтому обычно принимаются меры по изоляции.

Кроме того, для частотно-регулируемых двигателей постоянной мощности, когда скорость превышает 3000 об/мин, следует использовать специальную смазку с высокой термостойкостью, чтобы компенсировать повышение температуры подшипника.

2 Диагностика частых неисправностей частотно-регулируемых двигателей

2.1 Межвитковое короткое замыкание, частичный разряд

Межвитковые короткие замыкания и частичные разряды являются относительно распространенными формами повреждения изоляции в двигателях с регулируемой частотой. Среди них межвитковое короткое замыкание обычно проявляется в виде большой площади повреждения одной из катушек в двигателе, а частичный разряд концентрируется на внешнем виде катушки двигателя. Но было показано, что сопротивление изоляции равно нулю. В настоящее время повреждение системы изоляции двигателя вызвано не только одним фактором, но также частичным разрядом, локальным нагревом среды и другими факторами.

Частичный разряд: В настоящее время в процессе работы инверторов малой и средней мощности обычно используется технология широтно-импульсной модуляции силовых устройств IGBT. Устройство управления скоростью PWM, состоящее из этих компонентов, может обеспечивать высокие пики, а пики имеют крутые фронтальные характеристики. При этом частота модуляции у него выше, поэтому вред изоляции серьезнее.

Локальный нагрев рабочей среды: Если напряженность электрического поля E в двигателе значительно превышает критическое значение для изоляции, потери в рабочей среде будут становиться все более серьезными. Особенно при увеличении частоты увеличивается и частичный разряд, что приводит к выделению тепла и неизбежно вызывает более серьезные проблемы, такие как ток утечки. Со временем увеличиваются не только потери на единицу объема, но и повышается температура двигателя, что в конечном итоге приводит к все более быстрому старению изоляции.

Циклические переменные нагрузки: При использовании источника питания с ШИМ-регулированием частоты, в процессе эксплуатации двигатель с регулируемой частотой может напрямую тормозиться различными способами, обеспечиваемыми частотным преобразователем. Под воздействием циклических переменных нагрузок скорость старения изоляции двигателя будет увеличиваться. Поскольку электрическая и механическая целостность не была должным образом учтена на ранних этапах проектирования, процесс старения двигателя будет продолжать ускоряться.

2.2 Повреждение подшипника, чрезмерная вибрация

В сочетании с эффектом системы привода инвертора ШИМ, когда она официально введена в эксплуатацию, проблема повреждения подшипников всего двигателя с преобразованием частоты будет становиться все более и более серьезной, и даже часто возникают такие проблемы, как повреждение подшипников и чрезмерная вибрация. После того, как частотно-регулируемый двигатель мощностью 690 кВт был введен в эксплуатацию на заводе по производству высокоскоростной проволоки, такие проблемы, как серьезные вибрации, стали появляться всего через 3 месяца. При диагностике неисправности и техническом обслуживании по этой проблеме двигатель был разобран в автономном режиме, и было обнаружено, что на поверхности подшипника было много пятен горения, и эти пятна горения также были относительно очевидны. Причина заключалась в том, что из-за влияния тока вала был серьезно поврежден подшипник двигателя.

2.3 Колебание тока

При анализе с примерами на установке холодной прокатки имеется двигатель с регулируемой частотой вращения мощностью 250 кВт/400 В/430 А, и во время его работы постоянно возникает проблема возгорания компонентов. При проведении технического обслуживания и обработки преобразователя частоты на двигателе заранее выполнялась проверка V/F-управления на холостом ходу.

По результатам испытаний было обнаружено, что ток двигателя был ненормальным в диапазоне от 7 до 30 Гц, и, что более важно, амплитуда трехфазного тока имеет явные колебания, а максимальная амплитуда тока колебаний может достигать 700 А. После возникновения неисправности соответствующий обслуживающий персонал немедленно провел испытания существующих двигателей и преобразователей частоты того же типа. По результатам испытаний было установлено, что двигатели и преобразователи частоты в одном диапазоне частот работают нестабильно. Вблизи частоты сети состояние двигателя относительно стабильно, но если оно находится на частоте 40 Гц, особенно в диапазоне от 20 до 30 Гц, ток двигателя будет колебаться с периодом примерно от 10 до 20 Гц. Если пиковое значение в это время слишком велико, это серьезно повлияет на работу двигателя и всей системы.

Чтобы проанализировать эту ситуацию, для асинхронных двигателей, если скорость скольжения равна нулю, будут нестабильные факторы в положительных и отрицательных изменениях переходного момента. Что еще более важно, пульсация крутящего момента, вызванная инвертором, переходное изменение V/F вызовет более очевидную пульсацию крутящего момента, которая может перерасти в вибрацию или даже продолжить вибрацию. В этой ситуации существует определенная корреляция между пульсациями крутящего момента и гармоническими токами и другими факторами.

Если двигатель с регулируемой частотой работает, его рабочее состояние нестабильно, и нельзя просто считать, что двигатель или преобразователь частоты неисправен, но необходимо всесторонне проанализировать параметры двигателя и преобразователя частоты, чтобы вынести разумное решение о вине.

3. Меры по техническому обслуживанию при отказе двигателя с преобразованием частоты

Электродвигатели с частотным преобразователем получают все более широкое распространение. Для обеспечения их нормальной работы необходимо принимать эффективные меры по техническому обслуживанию, учитывающие их характеристики.

3.1 Требования к техническому обслуживанию частотно-регулируемого электродвигателя

Диагностика распространенных неисправностей и меры по ремонту двигателя с регулируемой частотой 插图1

Двигатели регулирования скорости с преобразованием частоты обычно выбирают 4-ступенчатые двигатели, рабочая точка базовой частоты рассчитана на 50 Гц, двигатель работает с постоянным крутящим моментом в диапазоне частот 0–50 Гц (скорость 0–1480 об/мин), а частота составляет 50 Гц. -100Гц (скорость 1480-2800об/мин) Двигатель работает на постоянной мощности в диапазоне min), а весь диапазон регулирования скорости составляет (0-2800об/мин), что в основном соответствует требованиям общей приводной техники. Его рабочие характеристики такие же, как у двигателей постоянного тока с регулированием скорости, а регулирование скорости плавное и стабильное.

Если вы хотите увеличить выходной крутящий момент в диапазоне регулирования скорости с постоянным крутящим моментом, вы также можете выбрать 6-уровневый или 8-уровневый двигатель, но объем двигателя относительно больше. Поскольку электромагнитная конструкция двигателя с регулируемой частотой вращения использует гибкое программное обеспечение САПР, расчетная точка основной частоты двигателя может быть скорректирована в любое время, и мы можем точно моделировать рабочие характеристики двигателя в каждой точке основной частоты на компьютер.

Расширен диапазон регулирования скорости вращения двигателя с постоянным крутящим моментом. В соответствии с фактическими условиями работы двигателя мы можем увеличить мощность двигателя при том же типоразмере или использовать тот же преобразователь частоты для увеличения мощности двигателя. Выходной крутящий момент увеличен, чтобы соответствовать конструкции и изготовлению двигателя в наилучшем состоянии при различных условиях работы.

Двигатель с регулируемой частотой вращения может быть оснащен дополнительным датчиком скорости, который реализует преимущества высокой точности скорости, управления положением и быстрой динамической характеристики. Он также может быть оснащен специальным тормозом постоянного (или переменного) тока для обеспечения быстрого, эффективного, безопасного и надежного торможения двигателя.

Благодаря регулируемой базовой частоте двигателя с регулируемой частотой вращения, мы также можем производить различные высокоскоростные двигатели, которые сохраняют характеристики постоянного крутящего момента во время работы на высокой скорости, в определенной степени заменяя оригинальные двигатели с промежуточной частотой, и цена низкая. Двигатель с регулируемой частотой вращения представляет собой трехфазный синхронный или асинхронный двигатель переменного тока. В зависимости от выходной мощности инвертора бывают трехфазные 380 В или трехфазные 220 В, поэтому источник питания двигателя также имеет трехфазные 380 В или трехфазные 220 В.

Как правило, инвертор мощностью менее 4 кВт имеет только три фазы 220 В, поскольку двигатель с переменной частотой делится на различные области регулирования скорости с постоянной мощностью и области регулирования скорости с постоянным крутящим моментом точкой базовой частоты (или точкой перегиба) двигателя, настройки Точка базовой частоты преобразователя частоты и точка базовой частоты двигателя преобразования частоты очень важны.

3.2 Улучшение характеристик изоляции

Рациональное использование короностойкой эмалированной проволоки способствует соответствующему увеличению слоя трафаретной краски. Благодаря применению технологии квантовой химии химические материалы, используемые для экранирования, могут напрямую участвовать в реакции поликонденсации полимеров на основе краски в качестве основного материала пленки краски, обеспечивая возможность рассеивания и растворения выдерживаемого высокочастотного импульсного напряжения во времени. для улучшения общей стойкости лакокрасочного покрытия к коронному разряду. Материал для изоляции щелей в настоящее время изготавливается из нескольких различных смесей, таких как NHN и DMD класса F. Этот тип материала обладает сильными органическими характеристиками, поэтому он не обладает устойчивостью к коронному разряду. Исходя из этого, для использования выбирается новый тип щелевой изоляции, содержащей слюду, а добавление слюды полезно для улучшения сопротивления коронному разряду.

Что касается межфазной изоляции, следует выбирать тип изделия с полиэфирным флисом на поверхности. По сравнению с другими материалами этот тип продукта имеет очевидные преимущества в отношении впитывания смолы, что способствует формированию эффективного сцепления с проволокой.

Процесс пропитки всегда был одним из самых важных процессов при обслуживании двигателей с регулируемой частотой. Самое главное – не допустить вытекания смолы. Обычно выбирают использование VPI для обработки или после обработки VPI, процесс пропитки может быть добавлен соответствующим образом, что способствует своевременному устранению пузырьков воздуха, постоянному заполнению воздушного зазора в обмотке, а также может улучшить электрическую и механическую прочность. обмотки, чтобы обеспечить усиление собственной термостойкости и устойчивости к пятнам. Если позволяют условия, его можно обработать ультрафиолетовым нагревом и текущим методом сушки, что позволяет добиться хороших результатов.

Кроме того, следует отметить, что в течение всего процесса технического обслуживания двигателя с регулируемой частотой следует избегать коротких замыканий и других проблем, следить за тем, чтобы сборка различных компонентов, таких как подшипники двигателя, соответствовала основным требованиям точности, и стараться избегать серьезных локальных повреждений. нагрев, вызванный потерями на вихревые токи и другими проблемами, в противном случае это неизбежно повлияет на характеристики изоляции двигателя.

3.3 Устранение влияния тока вала

Чтобы ток вала можно было снизить до безопасного уровня, обычно необходимо контролировать ток вала ниже 0.4 А/мм2 или 0.35 мВ. Исходя из этого, следует принимать целенаправленные контрмеры в сочетании с конкретной средой использования и типовыми характеристиками двигателя для устранения неблагоприятного воздействия тока на валу.

Подавление гармоник источника питания: чтобы устранить влияние тока вала, за счет разумного применения системы управления скоростью источника питания инвертора, вы можете напрямую добавить к ней фильтры или использовать устройство управления скоростью преобразования частоты, которое способствует к уменьшению гармоник. В то же время он также может уменьшить неблагоприятное воздействие тока вала и вибрации.

Меры по изоляции подшипников. Целенаправленные меры по изоляции подшипников также могут со временем устранить неблагоприятное воздействие тока на валу. В настоящее время общепринятым методом является заземление подшипника на стороне нагрузки двигателя и изоляция подшипника на стороне без нагрузки. При использовании конструкции подшипника качения вы можете использовать изолирующий подшипник в качестве основной формы подшипника или на поверхности внутреннего кольца и наружного кольца подшипника. Используйте метод ионного распыления для равномерного распыления изоляционного слоя толщиной от 50 до 100 мм. Кроме того, в соответствии с реальной ситуацией, втулка может быть добавлена непосредственно в опорную камеру торцевой крышки, а между втулкой и торцевой крышкой добавлен изолирующий слой для крепления подшипников внутренней и внешней крышки. При использовании скользящей несущей конструкции вы можете добавить прокладки из эпоксидной стеклоткани непосредственно в положение неподвижного подшипника или добавить изолирующие соединения труб в месте впускного и выпускного трубопроводов масла. Использование этих методов позволяет эффективно устранить неблагоприятное воздействие тока вала.

При устранении тока вала, в дополнение к вышеперечисленным методам, вы также можете использовать линию контроля для повышения эффективности изоляции и улучшения условий эксплуатации двигателя, а также другие стратегии. В общем, независимо от того, какой метод вы решите использовать, вы должны начать с нескольких точек зрения в соответствии с характеристиками и требованиями реальной ситуации, чтобы достичь хороших результатов.

3.4 Устранение влияния тока вала

Подавление гармоник в источнике питания: Для устранения влияния тока на валу, путем рационального применения системы регулирования скорости инверторного источника питания, можно напрямую добавить фильтры или использовать соответствующее частотно-регулируемое устройство регулирования скорости, что способствует снижению гармоник. Одновременно это также позволяет уменьшить негативное воздействие тока на валу и вибрации.

Меры по изоляции подшипников: Принятие целенаправленных мер по изоляции подшипников также позволяет своевременно устранить негативное воздействие тока вала. В настоящее время распространенным методом является заземление подшипника со стороны нагрузки двигателя и изоляция подшипника со стороны без нагрузки. При использовании конструкции подшипника качения можно выбрать использование изоляционного подшипника в качестве основного подшипника или нанести изоляционный слой толщиной 50-100 мм методом ионного напыления. Кроме того, в зависимости от ситуации, можно непосредственно добавить втулку в камеру подшипника торцевой крышки и добавить изоляционный слой между втулкой и торцевой крышкой для фиксации подшипников внутренней и наружной крышек. При использовании конструкции подшипника скольжения можно непосредственно добавить эпоксидные стекловолоконные прокладки в месте фиксации подшипника или добавить изоляционные трубные соединения в местах ввода и вывода масла. Использование этих методов позволяет эффективно устранить негативное воздействие тока вала.

3.5 Улучшить текущую проблему колебаний

После длительных экспериментов, обобщения и анализа, чтобы обеспечить эффективное решение проблемы колебаний тока и улучшить нестабильную текущую ситуацию, это можно реализовать путем непрерывного увеличения инерции или нагрузки двигателя или путем соответствующего увеличения типа напряжения. емкость инвертора на стороне постоянного тока, что способствует уменьшению влияния колебаний напряжения.

В сочетании с рабочим состоянием инвертора, управляемого ШИМ, использование элементов быстрого переключения или непосредственное снижение частоты модуляции ШИМ позволяет избежать колебаний выходного напряжения из-за влияния мертвой зоны. Чтобы решить проблему колебаний тока, также можно использовать двигатель с высокой скоростью скольжения и использовать такие методы, как обратная связь по току, чтобы гарантировать, что векторное управление схемой может быть возвращено во времени, чтобы обеспечить повышение стабильности работы частотно-регулируемого двигателя.