Отказ двигателя с ЧРП: Три скрытых убийцы, вызывающие частые перегорания, несмотря на низкий ток

В промышленных условиях мы часто сталкиваемся с весьма обманчивым типом отказов двигателей с ЧРП: двигатели часто перегорают, несмотря на то, что работают при токах гораздо ниже номинальных значений.

Это не обычная перегрузка - это невидимый убийца, вызванный высокочастотными гармониками. Многие инженеры исследовали защиту от сверхтоков и перегрузок, но все параметры оказались в норме, что в конечном итоге привело к беспомощности. Сегодня я разберусь с причинами этого высокотехничного сбоя в трех микроскопических измерениях: пробой изоляции, ток в валу и электрокоррозия подшипников.

Прежде чем погружаться в анализ, убедитесь, что вы выполнили самый главный стандарт: оснастите каждую цепь двигателя независимыми устройствами управления и защиты от пуска/остановки. Если этот шаг уже сделан, проблема кроется в более глубоких слоях “качества электроэнергии”.”

Углубленный анализ трех скрытых причин, приводящих к отказу двигателя с ЧРП

Когда показания тока кажутся нормальными, но двигатель все равно выходит из строя, мы обычно сталкиваемся со следующими тремя нетипичными сценариями отказа двигателя с ЧРП.

1. Пробой изоляции, вызванный длинными кабелями

Это наиболее распространенная первая причина отказа: При разборке сгоревшего двигателя для проверки обнаруживается короткое замыкание на землю или пробой изоляции между фазами.

Логика отказа: Этот тип отказа двигателя VFD обычно происходит при длинных кабелях двигателя (например, более 100 метров). Преобразователь выдает высокочастотные ШИМ-волны, содержащие значительное количество гармоник. При передаче по длинным кабелям наложение гармоник создает явление отраженной волны, вызывая скачки напряжения на клеммах двигателя.

По данным наших полевых испытаний, при длине кабеля около 100 метров наложенное напряжение скачка может достигать 2000-2500 В. Это напряжение значительно превышает предел выдерживаемого напряжения стандартной изоляции двигателя. Со временем изоляция многократно пробивается, как от укола иглой, что в конечном итоге приводит к пробою изоляции и серьезному выходу из строя двигателя VFD.

2. Напряжение на валу, вызывающее “синеватое окрашивание” подшипника”

Второй сценарий еще более катастрофичен: При разборке двигателя обнаруживается, что вал выжжен до синевы, а подшипники полностью сгорели и разрушились.

Анализ причин: Это не перегрев механических фрикционов, а классическая проблема с напряжением на валу. Из-за несбалансированного трехфазного напряжения (напряжения общего режима), подаваемого с ЧРП, на обоих концах вала двигателя индуцируется напряжение. Когда это напряжение накапливается до определенного уровня, оно разрушает масляную пленку в подшипниках, образуя контурный ток (ток вала). Хотя этот ток относительно мал, он создает высокую температуру в точках контакта, мгновенно расплавляя металл. В результате подшипники синеют и разрушаются, что в конечном итоге приводит к механическому заеданию и отказу двигателя VFD.

3. Рифление подшипников (электроэрозия) и “Узоры стиральной доски”.”

Третий сценарий является разновидностью второго, но его характеристики более тонкие. При осмотре подшипников после выхода из строя двигателя, несмотря на то, что они разрушены, отчетливые, упорядоченные “Узоры на стиральной доске” видны внутри кабельных каналов.

Характеристика неисправности: Это классический случай электрической эрозии (Electric Erosion). Высокочастотные токи вала многократно разряжаются между дорожкой качения подшипника и шариками, вытравливая канавки на дорожке качения, как при миниатюрной искровой эрозии (т. е. рифлении подшипника).

После формирования такой схемы подшипник создает сильную вибрацию во время высокоскоростной работы, ускоряя износ и создавая высокую температуру, что в конечном итоге приводит к заклиниванию подшипника. Это также является важной, но часто упускаемой из виду причиной отказа двигателя с ЧРП.

Окончательное решение: Регулировка с нулевыми затратами с помощью аппаратного усовершенствования

Для трех типов отказов двигателей VFD, вызванных гармониками и скачками напряжения, я привожу две основные категории решений.

1. Решение с нулевыми затратами: Настройка несущей частоты

Это первый шаг по устранению неполадок. Обратитесь к параметру P0-15 (Несущая частота) в разделе Руководство пользователя EV510A или P0-15 в Руководство пользователя EV200, и попытайтесь снизить несущую частоту.

• Процедура: Постепенно снижайте несущую частоту по сравнению с ее значением по умолчанию (например, 8 кГц или выше).
• Принцип: Понижение несущей частоты напрямую уменьшает количество циклов переключения импульсов в единицу времени, тем самым снижая частоту суперпозиции гармоник. При меньшем количестве гармоник пиковое напряжение естественным образом уменьшается. Пока пики напряжения остаются ниже пороговых значений выдерживаемого напряжения изоляции или пробоя подшипников, риск отказа двигателя VFD значительно снижается.

2. Аппаратное решение: Установите выходной дроссель

Если снижение несущей частоты дает ограниченные результаты или если чрезмерное снижение частоты запрещено из-за требований к уровню шума, необходимо применить физические меры. Наш сайт Руководство по выбору ЧРП специально рекомендует устанавливать выходной дроссель переменного тока, если расстояние между VFD и двигателем превышает 100 метров.

• Действия: Установите выходной дроссель на стороне выхода ЧРП.
• Обоснование: Выходные реакторы эффективно подавляют гармоники, сглаживают пики и провалы напряжения, а также “сглаживают” скачки напряжения. Это наиболее эффективное решение для предотвращения пробоя изоляции длинных кабелей и электрокоррозии подшипников, что в значительной степени защищает от выхода из строя двигателя VFD.

Заключение

Основная проблема при устранении постоянных отказов двигателей с ЧРП заключается в контроле качества выходного напряжения. Будь то пробой изоляции или заклинивание подшипников, основной причиной является пиковое напряжение, вызванное высокочастотными гармониками.

Как инженеры, работающие в полевых условиях, мы в первую очередь выбираем недорогую подстройку несущей частоты. Если эффект ограничен, мы должны решительно установить выходной дроссель. Для применения в системах передачи данных на большие расстояния мы рекомендуем обратиться к нашим EV510A или EV200 руководства по выбору серии для разумной настройки периферийных аксессуаров. Это физически отсекает невидимый вред гармоник для двигателя, обеспечивая длительную работу оборудования.