5 أسباب تعطل محرك VFD VFD وكيفية إصلاحها

مقدمة: مفارقة تقنية شائعة

بالنسبة للعديد من المهندسين والفنيين المتمرسين، يبقى سؤال واحد محير: محركات التردد المتغير (VFDs) تتميز بحساسية عالية للحماية من التيار الزائد، مما يضمن نظرياً حماية مضمونة للمحرك. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، لا تزال أعطال محركات VFD متكررة الحدوث. ما السبب في ذلك؟

تكمن الإجابة في حقيقة أنه على الرغم من أن محركات الترددات المتذبذبة توفر تحكمًا دقيقًا في السرعة، إلا أنها تعرض المحركات لضغوط كهربائية فريدة من نوعها غير موجودة في الأنظمة القياسية التي تعمل بالمرافق. صُممت آليات حماية محركات الترددات المتذبذبة في المقام الأول لحماية مكوناتها الداخلية (مثل IGBTs)، مما يجعل المحركات معرضة لهذه الضغوط الكهربائية الجديدة. تتعمق هذه المقالة في الأسباب الخمسة الرئيسية لفشل محرك VFD وتقدم حلولاً عملية لمساعدتك في تشخيص المشاكل ومنعها قبل حدوثها.

تلف المحمل من تيارات العمود: السبب الرئيسي لفشل محرك VFD VFD

يُصنف هذا من بين أكثر أنماط الأعطال غدراً وتدميراً. عندما تتعطل محامل المحرك قبل الأوان دون أسباب ميكانيكية واضحة، فإن الجاني غالبًا ما يكون الجاني هو تيارات العمود التي يولدها محرك VFD.

• السبب الجذري: تحاكي مفاتيح الترددات المترددة ذات الوضع الشائع والاقتران السعوي طاقة التيار المتردد الجيبية باستخدام تقنية تعديل عرض النبض (PWM). ومع ذلك، فإن ناتجها ليس منحنى سلسًا تمامًا ولكن سلسلة من نبضات التيار المستمر عالية السرعة. يولد هذا الشكل الموجي غير المتماثل “جهد الوضع الشائع”. يتم استحثاث هذا الجهد على عمود المحرك من خلال السعة الطفيلية (اقتران سعوي) بين اللفات الثابتة والدوار. يؤدي ذلك إلى تنشيط عمود المحرك. ومن ثم تعمل محامل المحرك - المكونة من حلقات داخلية وخارجية موصلة وشحم عازل - كمكثفات مصغرة تشحن باستمرار.
• آلية الفشل: التصنيع الآلي بالتفريغ الكهربائي (EDM)، والتنقر، وتفلطح المحمل عندما يتراكم جهد العمود بما يكفي لاختراق الطبقة العازلة لشحم المحمل، يتم تفريغ أقواس كهربائية دقيقة. تسمى هذه العملية بالتفريغ الكهربائي (EDM). تخلق الملايين من الأقواس الدقيقة في الساعة حفرًا صغيرة وصقيعًا على المجاري المائية للمحمل والأسطح الكروية. وبمرور الوقت، تتجمع هذه الأضرار في أخاديد مموجة تشبه لوح الغسيل، والمعروفة باسم تفلطح المحمل. بمجرد حدوث ذلك، يبدأ المحمل في الاهتزاز وإصدار ضوضاء غير طبيعية. يتحلل الشحم بسبب درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي في النهاية إلى استيلاء المحمل واحتراق المحرك. يؤدي اختلال المحاذاة بين الدوار والجزء الثابت الذي ذكرته إلى تفاقم هذا التأثير من خلال عدم تناسق الدائرة المغناطيسية، مما يزيد من تلف محمل عمود محرك عمود المحرك ذو التيار المتردد.

ارتفاع درجة الحرارة عند السرعات المنخفضة: سيناريو شائع لفشل محرك VFD الشائع

تتطلب العديد من التطبيقات أن تعمل المحركات بترددات منخفضة (على سبيل المثال، أقل من 20-30 هرتز) لفترات طويلة - وهي بالضبط “منطقة الخطر” للمحركات القياسية.

• معضلة تبديد الحرارة: لماذا يعتبر التشغيل بسرعة منخفضة خطيرًا التشغيل بسرعة منخفضة تعتمد المحركات القياسية للأغراض العامة (خاصةً المحركات ذات التبريد بالمروحة المغلقة تمامًا والمغلقة تمامًا) على مراوح نهاية العمود للتبريد. تتزامن سرعة المروحة مع سرعة المحرك. عندما يقلل VFD من سرعة المحرك، تنخفض كفاءة تبريد المروحة بشكل كبير. في نفس الوقت، تولد التوافقيات في شكل موجة خرج محرك VFD حرارة إضافية داخل لفات المحرك. مع تراكم الحرارة بينما تظل قدرة التبريد غير كافية بشدة، يحدث ارتفاع في درجة حرارة المحرك VFD عند السرعة المنخفضة. يؤدي السخونة الزائدة لفترات طويلة إلى تقادم عزل لفات المحرك وتصبح هشة، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث دوائر قصر بينية أو أرضية.
• الحل: دور محركات العمل العاكس الحل الأمثل هو استخدام محركات العمل العاكس. عادةً ما تتميز هذه المحركات بمواد عزل عالية الجودة (مثل الفئة F أو الفئة H) والعديد من الموديلات تتضمن مراوح تبريد مخصصة ثابتة السرعة. وهذا يضمن التبريد الكافي للمحرك في ظل تشغيل VFD، بغض النظر عن مدى انخفاض سرعة المحرك.

انهيار العزل من الكابلات الطويلة: نقطة تعطل محرك VFD الحرجة في محرك VFD

عندما يتجاوز طول الكابل بين VFD والمحرك حدودًا معينة (عادةً حوالي 30 مترًا تقريبًا، مع وجود مخاطر عالية للغاية بعد 100 متر)، يصبح “قاتل الجهد” غير المرئي نشطًا.

• المبدأ الفيزيائي: ظاهرة الموجة المنعكسة وطفرات الجهد تنعكس نبضات PWM عالية السرعة الناتجة عن محرك VFD عند انتقالها على طول الكابل إلى المحرك بسبب عدم تطابق المعاوقة بين محرك VFD والكابل والمحرك، مما يخلق “ظاهرة الموجة المنعكسة”. تتراكب هذه الموجات المنعكسة على النبضات اللاحقة، مما يتسبب في وصول ذروة الفولتية عند أطراف المحرك إلى 2 إلى 3 أضعاف جهد ناقل التيار المستمر لمحرك الجهد العكسي. بالنسبة لنظام بجهد 480 فولت، هذا يعني أن المحركات قد تتحمل ارتفاعات جهد الكابل الطويل لمحرك التيار المتردد المتردد VFD تتجاوز 1500 فولت. لا يمكن لأنظمة عزل المحركات القياسية أن تتحمل مثل هذه التأثيرات عالية الجهد لفترات طويلة، مما يؤدي في النهاية إلى انهيار العزل.
• الحلول: الفلاتر والمفاعلات لمعالجة مشكلات الكابلات الطويلة، يجب تركيب أجهزة حماية عند خرج VFD. يمكن أن يبطئ مرشح الجهد/التردد من معدل ارتفاع الجهد، في حين أن مفاعل خرج محرك الجهد المتردد أو مرشح الموجة الجيبية يعمل على تنعيم شكل موجة الخرج بشكل أكثر فعالية، مما يزيل بشكل أساسي طفرات الجهد المدمرة. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا أن يؤدي استخدام كابل VFD VFD محمي مخصص إلى التخفيف من المشكلة إلى حد ما.

المشاكل الميكانيكية والمعلمات التي تؤدي إلى فشل محرك VFD

بالإضافة إلى المشاكل الكهربائية البحتة، فإن بعض العوامل الميكانيكية والعوامل الميكانيكية غير المناسبة إعدادات معلمات VFD يمكن أن يتسبب أيضًا في تعطل محرك VFD.

• اختلال المحاذاة الميكانيكية كعامل مساهم في ذلك: يعد اختلال محاذاة الجزء الثابت والدوار الذي ذكرته مشكلة ميكانيكية حرجة. يؤدي هذا الانحراف في محاذاة المحرك إلى اختلال توازن الدائرة المغناطيسية، الأمر الذي لا يسبب الاهتزاز والسخونة الزائدة فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تفاقم مشكلة تيار العمود التي تمت مناقشتها سابقًا، مما يسرع من تلف المحمل.
• سوء تهيئة المنطقة الميتة الذي يؤدي إلى المماطلة: في التطبيقات التي تتطلب تدويرًا متكررًا للأمام والعكس، يمكن أن يؤدي الفشل في تعيين “منطقة ميتة” معقولة في معلمات محرك VFD إلى تبديل محرك VFD بسرعة بين الأوامر الأمامية والعكسية عندما تتذبذب إشارات التحكم بالقرب من الصفر. وينتج عن ذلك ظهور المحرك ثابتًا بينما يكون في الواقع في حالة ‘متوقفة’ أو “اهتزاز دقيق”. في هذه الحالة، يقوم المحرك بإخراج عزم الدوران ولكنه لا يستطيع الدوران، مما يولد تيارات هائلة تسبب ارتفاعًا سريعًا في درجة الحرارة، مما يؤدي في النهاية إلى حرق المحرك أو إتلاف محرك الدفع التلقائي.

دليل استباقي: منع تعطل محرك VFD VFD

الآن بعد أن فهمنا الأسباب الرئيسية لتعطل محرك VFD، يمكن تنفيذ التدابير المستهدفة لحماية معداتك.

1- عنوان تحمل الحالي

بالنسبة للتطبيقات الحرجة أو المحركات الكبيرة، يوصى بشدة بتركيب حلقات تأريض العمود لتوفير مسار أرضي آمن لتيارات العمود أو استخدام محامل معزولة لكسر حلقة التيار.

2- حل مشكلات الكابلات الطويلة

اختر مرشح dv/dt مناسب أو مفاعل خرج VFD مناسب بناءً على طول الكابل وجهد النظام.

3- منع السخونة الزائدة عند السرعات المنخفضة

إعطاء الأولوية لمحركات العمل العاكس. إذا كان يجب أن تعمل المحركات ذات الأغراض العامة بسرعات منخفضة، فقم بتركيب مراوح تبريد مساعدة مخصصة.

4- تحسين التركيب والتشغيل الأمثل

ضمان المحاذاة الدقيقة بين المحرك والحمولة. أثناء تشغيل VFD، قم بمراجعة جميع المعلمات بدقة - خاصة للتطبيقات ذات الانعكاسات المتكررة - وقم بتكوين عرض النطاق الميت المناسب.

الخاتمة

باختصار، لا يعد تعطل محرك VFD لغزًا لا يمكن حله. فهو ينبع من الضغوطات الكهربائية الجديدة التي أدخلتها تقنية التحكم المتقدمة هذه. في حين أن التيار الزائد للتيار المتردد المتردد الحماية حساسة للغاية، ولا يمكنها معالجة آليات التلف البطيء المتعددة مثل تيارات العمود وارتفاع درجة الحرارة بسرعة منخفضة وارتفاع الجهد.

من خلال الفهم الشامل للأسباب الجذرية لهذه الأعطال وتنفيذ تدابير وقائية استباقية أثناء تصميم النظام واختيار المعدات والتركيب/التكليف، يمكننا الاستفادة الكاملة من مزايا توفير الطاقة وتحسين العمليات لمزودات الترشيح المتردد المتغير مع ضمان تشغيل المحرك بشكل موثوق على المدى الطويل. ويكمن مفتاح النجاح في التعامل مع محرك الترددات المتذبذبة والمحرك كنظام متكامل، بدلاً من مجرد مزيج بسيط من مكونين مستقلين.