Guasto del motore VFD: I tre killer nascosti alla base dei frequenti burnout nonostante la bassa corrente

In ambito industriale, ci imbattiamo spesso in un tipo di guasto del motore VFD molto ingannevole: motori che si bruciano frequentemente nonostante funzionino a correnti molto inferiori ai loro valori nominali.

Non si tratta di un normale sovraccarico, ma di un killer invisibile innescato da armoniche ad alta frequenza. Molti ingegneri hanno esaminato le protezioni contro le sovracorrenti e i sovraccarichi solo per scoprire che tutti i parametri erano normali, lasciandoli alla fine impotenti. Oggi, invece, scardinerò gli strati e approfondirò le cause di questo guasto altamente tecnico da tre dimensioni microscopiche: la rottura dell'isolamento, la corrente dell'albero e l'elettrocorrosione del cuscinetto.

Prima di immergervi nell'analisi, assicuratevi di aver implementato la norma più importante: dotando ogni circuito del motore di dispositivi di controllo e protezione indipendenti per l'avvio e l'arresto. Se questo passo è già stato fatto, il problema risiede in strati più profondi della “qualità dell'alimentazione”.”

Analisi approfondita delle tre cause nascoste che portano al guasto del motore VFD

Quando le letture di corrente sembrano normali, ma il motore si guasta comunque, si verificano i seguenti tre scenari atipici di guasto del motore VFD.

1. Rottura dell'isolamento causata da cavi lunghi

Questa è la prima causa di guasto più comune: Quando si smonta un motore bruciato per ispezionarlo, si scopre un cortocircuito a terra o una rottura dell'isolamento fase-fase.

Logica del guasto: Questo tipo di guasto del motore VFD si verifica in genere con cavi motore estesi (ad esempio, superiori a 100 metri). L'inverter emette onde PWM ad alta frequenza contenenti armoniche sostanziali. Durante la trasmissione attraverso cavi lunghi, la sovrapposizione delle armoniche genera un fenomeno di onde riflesse, causando sovratensioni ai terminali del motore.

In base ai dati dei nostri test sul campo, con una lunghezza del cavo di circa 100 metri, la tensione di picco sovrapposta può raggiungere 2000-2500V. Questa tensione supera di gran lunga il limite di resistenza dell'isolamento standard dei motori. Nel tempo, l'isolamento viene ripetutamente perforato come una puntura d'ago, portando alla rottura dell'isolamento e causando gravi guasti al motore VFD.

2. Tensione dell'albero che causa la “decolorazione bluastra” del cuscinetto”

Il secondo scenario è ancora più catastrofico: Quando si smonta il motore, l'albero viene trovato bruciato, con i cuscinetti completamente bruciati e disintegrati.

Analisi delle cause: Non si tratta di un surriscaldamento dell'attrito meccanico, ma di un classico problema di tensione dell'albero. A causa della tensione trifase sbilanciata (tensione di modo comune) emessa dal VFD, viene indotta tensione a entrambe le estremità dell'albero del motore. Quando questa tensione si accumula a un certo livello, rompe il film d'olio all'interno dei cuscinetti, formando una corrente ad anello (corrente dell'albero). Sebbene questa corrente sia relativamente piccola, genera temperature elevate nei punti di contatto più piccoli, fondendo istantaneamente il metallo. Ciò fa sì che i cuscinetti diventino blu e si disintegrino, portando infine al grippaggio meccanico e al guasto del motore VFD.

3. Scanalatura del cuscinetto (erosione elettrica) e “Schemi di lavaggio della tavola”.”

Il terzo scenario è una variante del secondo, ma le sue caratteristiche sono più sottili. Quando si ispezionano i cuscinetti dopo il guasto del motore, anche se sono disintegrati, distinti e ordinati “modelli di lavatrici” sono visibili all'interno delle canaline.

Caratterizzazione del guasto: Si tratta di un classico caso di erosione elettrica (Electric Erosion). Le correnti ad alta frequenza dell'albero si scaricano ripetutamente tra la pista del cuscinetto e le sfere, incidendo le scanalature nella pista come un'erosione a scintilla in miniatura (cioè la scanalatura del cuscinetto).

Una volta formatosi questo schema, il cuscinetto genera forti vibrazioni durante il funzionamento ad alta velocità, accelerando l'usura e producendo temperature elevate, che alla fine portano al grippaggio del cuscinetto. Anche questa è una causa importante, ma spesso trascurata, di guasto del motore VFD.

Soluzione definitiva: Regolazione a costo zero con potenziamento dell'hardware

Per i tre tipi di guasti ai motori VFD causati da armoniche e picchi di tensione, riassumo due principali categorie di soluzioni.

1. Soluzione a costo zero: Regolazione della frequenza portante

Questo è il primo passo per la risoluzione dei problemi. Consultare il parametro P0-15 (Frequenza portante) nel programma Manuale d'uso EV510A o P0-15 nel Manuale d'uso EV200, e tentare di abbassare la frequenza portante.

• Procedura: Ridurre gradualmente la frequenza portante dal valore predefinito (ad esempio, 8 kHz o superiore).
• Principio: L'abbassamento della frequenza portante riduce direttamente il numero di cicli di commutazione degli impulsi per unità di tempo, diminuendo così la frequenza di sovrapposizione delle armoniche. Con meno armoniche, le tensioni di picco diminuiscono naturalmente. Finché i picchi di tensione rimangono al di sotto della tensione di resistenza dell'isolamento o delle soglie di rottura dei cuscinetti, il rischio di guasto del motore VFD è notevolmente ridotto.

2. Soluzione hardware: Installare un reattore di uscita

Se l'abbassamento della frequenza portante produce risultati limitati o se una riduzione eccessiva della frequenza è vietata a causa dei requisiti di rumore, è necessario ricorrere a misure fisiche. Il nostro Guida alla selezione dei VFD raccomanda specificamente di installare una reattanza CA in uscita quando la distanza tra il VFD e il motore supera i 100 metri.

• Azione: Installare una reattanza di uscita sul lato di uscita del VFD.
• Motivazione: Le reattanze di uscita sopprimono efficacemente le armoniche, attenuano i picchi e le cadute di tensione e “appiattiscono” i picchi di tensione. Questa è la soluzione più completa per prevenire la rottura dell'isolamento dei cavi lunghi e l'elettrocorrosione dei cuscinetti, proteggendo fondamentalmente dai guasti del motore VFD.

Conclusione

La sfida principale nell'affrontare i guasti persistenti dei motori VFD risiede nel controllo della qualità della tensione di uscita. Che si tratti di rottura dell'isolamento o di fluting dei cuscinetti, la causa principale è rappresentata dai picchi di tensione innescati dalle armoniche ad alta frequenza.

Come ingegneri sul campo, la nostra prima scelta è la regolazione della frequenza portante a costo zero. Se l'effetto è limitato, dobbiamo installare con decisione una reattanza di uscita. Per le applicazioni di trasmissione a lunga distanza, si consiglia di consultare il nostro sito EV510A o EV200 guide di selezione della serie per configurare in modo ragionevole gli accessori periferici. In questo modo si eliminano fisicamente i danni invisibili delle armoniche al motore, garantendo il funzionamento a lungo termine dell'apparecchiatura.