Le moteur tombe en panne rapidement et l'onduleur se comporte comme un démon ?Découvrez le secret entre le moteur et l'onduleur dans un seul article !
De nombreuses personnes ont découvert le phénomène d'endommagement de l'onduleur sur le moteur.Par exemple, dans une usine de pompes à eau, au cours des deux dernières années, les utilisateurs ont fréquemment signalé que la pompe à eau avait été endommagée pendant la période de garantie.Dans le passé, la qualité des produits de l'usine de pompes était très fiable.Après enquête, il a été constaté que ces pompes à eau endommagées étaient toutes entraînées par des convertisseurs de fréquence.
L'émergence des convertisseurs de fréquence a apporté des innovations en matière de contrôle de l'automatisation industrielle et d'économie d'énergie des moteurs.La production industrielle est quasiment indissociable des convertisseurs de fréquence.Même dans la vie quotidienne, les ascenseurs et les climatiseurs inverseurs sont devenus des éléments indispensables.Les convertisseurs de fréquence ont commencé à pénétrer dans tous les recoins de la production et de la vie.Cependant, le variateur de fréquence entraîne également de nombreux problèmes sans précédent, parmi lesquels les dommages au moteur constituent l'un des phénomènes les plus courants.
De nombreuses personnes ont découvert le phénomène d'endommagement de l'onduleur sur le moteur.Par exemple, dans une usine de pompes à eau, au cours des deux dernières années, les utilisateurs ont fréquemment signalé que la pompe à eau avait été endommagée pendant la période de garantie.Dans le passé, la qualité des produits de l'usine de pompes était très fiable.Après enquête, il a été constaté que ces pompes à eau endommagées étaient toutes entraînées par des convertisseurs de fréquence.
Bien que le phénomène selon lequel le convertisseur de fréquence endommage le moteur attire de plus en plus l'attention, les gens ne connaissent toujours pas le mécanisme de ce phénomène, et encore moins comment l'empêcher.Le but de cet article est de résoudre ces confusions.
Dommages à l'onduleur sur le moteur
Les dommages causés par l'onduleur au moteur comprennent deux aspects, les dommages à l'enroulement du stator et les dommages au roulement, comme le montre la figure 1. Ce type de dommage se produit généralement en quelques semaines à dix mois, et le temps spécifique dépend sur la marque de l'onduleur, la marque du moteur, la puissance du moteur, la fréquence porteuse de l'onduleur, la longueur du câble entre l'onduleur et le moteur, et la température ambiante.De nombreux facteurs sont liés.Les dommages accidentels précoces du moteur entraînent d'énormes pertes économiques pour la production de l'entreprise.Ce type de perte ne concerne pas seulement le coût de réparation et de remplacement du moteur, mais, plus important encore, la perte économique causée par un arrêt inattendu de la production.Par conséquent, lors de l’utilisation d’un variateur de fréquence pour entraîner un moteur, une attention suffisante doit être accordée au problème des dommages au moteur.
Dommages à l'onduleur sur le moteur
La différence entre le variateur et le variateur de fréquence industriel
Pour comprendre le mécanisme pour lequel les moteurs à fréquence industrielle sont plus susceptibles d'être endommagés dans les conditions d'un variateur, comprenez d'abord la différence entre la tension du moteur entraîné par variateur et la tension à fréquence industrielle.Découvrez ensuite comment cette différence peut nuire au moteur.
La structure de base du convertisseur de fréquence est illustrée à la figure 2, comprenant deux parties, le circuit redresseur et le circuit onduleur.Le circuit redresseur est un circuit de sortie de tension continue composé de diodes ordinaires et de condensateurs de filtrage, et le circuit onduleur convertit la tension continue en une forme d'onde de tension modulée en largeur d'impulsion (tension PWM).Par conséquent, la forme d'onde de tension du moteur entraîné par inverseur est une forme d'onde d'impulsion avec une largeur d'impulsion variable, plutôt qu'une forme d'onde de tension sinusoïdale.Faire fonctionner le moteur avec une tension d'impulsion est la cause première des dommages faciles du moteur.
Le mécanisme d’endommagement de l’onduleur Enroulement du stator du moteur
Lorsque la tension d'impulsion est transmise sur le câble, si l'impédance du câble ne correspond pas à l'impédance de la charge, une réflexion se produira à l'extrémité de la charge.Le résultat de la réflexion est que l’onde incidente et l’onde réfléchie se superposent pour former une tension plus élevée.Son amplitude peut atteindre au maximum deux fois la tension du bus CC, soit environ trois fois la tension d'entrée de l'onduleur, comme le montre la figure 3. Une tension de crête excessive est ajoutée à la bobine du stator du moteur, provoquant un choc de tension sur la bobine. , et des chocs de surtension fréquents entraîneront une panne prématurée du moteur.
Une fois que le moteur entraîné par le variateur de fréquence est affecté par la tension de crête, sa durée de vie réelle est liée à de nombreux facteurs, notamment la température, la pollution, les vibrations, la tension, la fréquence porteuse et le processus d'isolation de la bobine.
Plus la fréquence porteuse de l'onduleur est élevée, plus la forme d'onde du courant de sortie est proche d'une onde sinusoïdale, ce qui réduira la température de fonctionnement du moteur et prolongera la durée de vie de l'isolation.Cependant, une fréquence porteuse plus élevée signifie que le nombre de pointes de tension générées par seconde est plus grand, ainsi que le nombre de chocs sur le moteur.La figure 4 montre la durée de vie de l'isolation en fonction de la longueur du câble et de la fréquence porteuse.On peut voir sur la figure que pour un câble de 200 pieds, lorsque la fréquence porteuse passe de 3 kHz à 12 kHz (un changement de 4 fois), la durée de vie de l'isolation diminue d'environ 80 000 heures à 20 000 heures (une différence de 4 fois).
Influence de la fréquence porteuse sur l'isolation
Plus la température du moteur est élevée, plus la durée de vie de l'isolation est courte, comme le montre la figure 5, lorsque la température atteint 75°C, la durée de vie du moteur n'est que de 50 %.Pour un moteur entraîné par un onduleur, étant donné que la tension PWM contient plus de composants haute fréquence, la température du moteur sera beaucoup plus élevée que celle d'un variateur de tension à fréquence industrielle.
Mécanisme d'endommagement du roulement du moteur de l'onduleur
La raison pour laquelle le variateur de fréquence endommage le roulement du moteur est qu'un courant circule à travers le roulement et que ce courant est dans un état de connexion intermittente.Le circuit de connexion intermittente générera un arc et l'arc brûlera le roulement.
Le courant circulant dans les roulements du moteur à courant alternatif a deux raisons principales.Premièrement, la tension induite générée par le déséquilibre du champ électromagnétique interne, et deuxièmement, le trajet du courant haute fréquence provoqué par une capacité parasite.
Le champ magnétique à l’intérieur du moteur à induction AC idéal est symétrique.Lorsque les courants des enroulements triphasés sont égaux et que les phases diffèrent de 120°, aucune tension ne sera induite sur l'arbre du moteur.Lorsque la tension PWM délivrée par l'onduleur rend le champ magnétique à l'intérieur du moteur asymétrique, une tension sera induite sur l'arbre.La plage de tension est de 10 à 30 V, ce qui est lié à la tension de conduite.Plus la tension de commande est élevée, plus la tension sur l'arbre est élevée.haut.Lorsque la valeur de cette tension dépasse la rigidité diélectrique de l'huile lubrifiante dans le roulement, un chemin de courant se forme.À un moment donné pendant la rotation de l'arbre, l'isolation de l'huile lubrifiante arrête à nouveau le courant.Ce processus est similaire au processus marche-arrêt d'un interrupteur mécanique.Dans ce processus, un arc sera généré, qui ablera la surface de la tige, de la bille et du bol de la tige, formant ainsi des creux.S'il n'y a pas de vibration externe, les petites fossettes n'auront pas trop d'influence, mais s'il y a une vibration externe, des rainures se produiront, ce qui aura une grande influence sur le fonctionnement du moteur.
De plus, des expériences ont montré que la tension sur l'arbre est également liée à la fréquence fondamentale de la tension de sortie de l'onduleur.Plus la fréquence fondamentale est basse, plus la tension sur l'arbre est élevée et plus les dommages aux roulements sont graves.
Au début du fonctionnement du moteur, lorsque la température de l'huile lubrifiante est basse, la plage de courant est de 5 à 200 mA, un courant aussi faible ne causera aucun dommage au roulement.Cependant, lorsque le moteur tourne pendant un certain temps, à mesure que la température de l'huile lubrifiante augmente, le courant de pointe atteindra 5 à 10 A, ce qui provoquera un contournement et formera de petites piqûres sur la surface des composants du roulement.
Protection des enroulements du stator du moteur
Lorsque la longueur du câble dépasse 30 mètres, les convertisseurs de fréquence modernes génèrent inévitablement des pointes de tension à l'extrémité du moteur, raccourcissant ainsi la durée de vie du moteur.Il existe deux idées pour éviter d'endommager le moteur.L'une consiste à utiliser un moteur avec une isolation des enroulements et une rigidité diélectrique plus élevées (généralement appelé moteur à fréquence variable), et l'autre consiste à prendre des mesures pour réduire la tension de crête.La première mesure convient aux projets de nouvelle construction et la seconde à la transformation de moteurs existants.
Actuellement, les méthodes de protection des moteurs couramment utilisées sont les suivantes :
1) Installer une self à l'extrémité de sortie du variateur de fréquence : Cette mesure est la plus couramment utilisée, mais il convient de noter que cette méthode a un certain effet sur les câbles plus courts (inférieurs à 30 mètres), mais parfois l'effet n'est pas idéal. , comme le montre la figure 6(c) illustrée.
2) Installez un filtre du/dt à l'extrémité de sortie du variateur de fréquence : cette mesure convient aux occasions où la longueur du câble est inférieure à 300 mètres et le prix est légèrement supérieur à celui du réacteur, mais l'effet a été significativement amélioré, comme le montre la figure 6 (d).
3) Installez un filtre sinusoïdal à la sortie du variateur de fréquence : cette mesure est la plus idéale.Parce qu'ici, la tension d'impulsion PWM est transformée en tension sinusoïdale, le moteur fonctionne dans les mêmes conditions que la tension à fréquence industrielle et le problème de la tension de crête a été complètement résolu (peu importe la longueur du câble, il y aura pas de tension de crête) .
4) Installer un absorbeur de tension de pointe à l'interface entre le câble et le moteur : l'inconvénient des mesures précédentes est que lorsque la puissance du moteur est importante, le réacteur ou le filtre a un volume et un poids importants, et le prix est relativement élevé. haut.De plus, le réacteur Le filtre et le filtre provoqueront une certaine chute de tension, ce qui affectera le couple de sortie du moteur.L’utilisation de l’absorbeur de tension de crête de l’onduleur peut remédier à ces inconvénients.L'absorbeur de tension de pointe SVA développé par 706 de la Second Academy of Aerospace Science and Industry Corporation adopte une technologie électronique de puissance avancée et une technologie de contrôle intelligent, et constitue un dispositif idéal pour résoudre les dommages au moteur.De plus, l'absorbeur de pointes SVA protège les roulements du moteur.
L'absorbeur de tension Spike est un nouveau type de dispositif de protection du moteur.Connectez les bornes d'entrée d'alimentation du moteur en parallèle.
1) Le circuit de détection de tension de crête détecte l'amplitude de tension sur la ligne électrique du moteur en temps réel ;
2) Lorsque l'amplitude de la tension détectée dépasse le seuil défini, contrôlez le circuit tampon d'énergie de crête pour absorber l'énergie de la tension de crête ;
3) Lorsque l'énergie de la tension de pointe est pleine du tampon d'énergie de pointe, la vanne de contrôle d'absorption d'énergie de pointe est ouverte, de sorte que l'énergie de pointe dans le tampon soit déchargée dans l'absorbeur d'énergie de pointe et que l'énergie électrique soit convertie en chaleur. énergie;
4) Le moniteur de température surveille la température de l'absorbeur d'énergie de pointe.Lorsque la température est trop élevée, la vanne de contrôle de l'absorption d'énergie de pointe est correctement fermée pour réduire l'absorption d'énergie (dans le but de garantir que le moteur est protégé), afin d'éviter que l'absorbeur de tension de pointe ne surchauffe et ne cause des dommages.dommage;
5) La fonction du circuit d'absorption du courant de roulement est d'absorber le courant de roulement et de protéger le roulement du moteur.
Comparé au filtre du/dt, au filtre à onde sinusoïdale et à d'autres méthodes de protection du moteur mentionnés ci-dessus, l'absorbeur de pointe présente les plus grands avantages : petite taille, prix bas et installation facile (installation parallèle).Surtout dans le cas de puissances élevées, les avantages de l'absorbeur de pointe en termes de prix, de volume et de poids sont très importants.De plus, puisqu'il est installé en parallèle, il n'y aura pas de chute de tension, et il y aura une certaine chute de tension sur le filtre du/dt et le filtre sinusoïdal, et la chute de tension du filtre sinusoïdal est proche de 10 %, ce qui entraînera une réduction du couple du moteur.
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