Motor hỏng nhanh, biến tần hoạt động như quỷ?Hãy đọc bí mật giữa động cơ và biến tần trong một bài viết nhé!
Nhiều người đã phát hiện ra hiện tượng biến tần làm hư mô tơ.Ví dụ, tại một nhà máy sản xuất máy bơm nước, trong hai năm qua, người sử dụng thường xuyên báo cáo rằng máy bơm nước bị hỏng trong thời gian bảo hành.Trước đây, chất lượng sản phẩm của nhà máy bơm rất đáng tin cậy.Sau khi điều tra, người ta phát hiện ra những máy bơm nước bị hư hỏng này đều được dẫn động bằng bộ biến tần.
Sự xuất hiện của bộ biến tần đã mang lại những đổi mới trong điều khiển tự động hóa công nghiệp và tiết kiệm năng lượng động cơ.Sản xuất công nghiệp gần như không thể tách rời khỏi các bộ biến tần.Ngay cả trong cuộc sống hằng ngày, thang máy, điều hòa không khí biến tần đã trở thành những phần không thể thiếu.Bộ biến tần đã bắt đầu thâm nhập vào mọi ngóc ngách của sản xuất và đời sống.Tuy nhiên, bộ biến tần cũng mang đến nhiều rắc rối chưa từng có, trong đó hư hỏng động cơ là một trong những hiện tượng điển hình nhất.
Nhiều người đã phát hiện ra hiện tượng biến tần làm hư mô tơ.Ví dụ, tại một nhà máy sản xuất máy bơm nước, trong hai năm qua, người sử dụng thường xuyên báo cáo rằng máy bơm nước bị hỏng trong thời gian bảo hành.Trước đây, chất lượng sản phẩm của nhà máy bơm rất đáng tin cậy.Sau khi điều tra, người ta phát hiện ra những máy bơm nước bị hư hỏng này đều được dẫn động bằng bộ biến tần.
Mặc dù hiện tượng bộ biến tần làm hỏng động cơ ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm nhưng người ta vẫn chưa biết rõ cơ chế của hiện tượng này chứ chưa nói đến cách phòng ngừa.Mục đích của bài viết này là để giải quyết những nhầm lẫn này.
Biến tần làm hỏng động cơ
Sự hư hỏng của biến tần đối với động cơ bao gồm hai khía cạnh, hư hỏng cuộn dây stato và hư hỏng ổ trục, như trong Hình 1. Loại hư hỏng này thường xảy ra trong vòng vài tuần đến mười tháng và thời gian cụ thể tùy thuộc vào về nhãn hiệu biến tần, nhãn hiệu động cơ, công suất động cơ, tần số sóng mang của biến tần, chiều dài cáp giữa biến tần và động cơ và nhiệt độ môi trường.Nhiều yếu tố có liên quan.Sự hư hỏng do tai nạn ban đầu của động cơ mang lại thiệt hại kinh tế rất lớn cho hoạt động sản xuất của doanh nghiệp.Loại tổn thất này không chỉ là chi phí sửa chữa, thay thế động cơ mà quan trọng hơn là tổn thất kinh tế do ngừng sản xuất ngoài dự kiến.Vì vậy, khi sử dụng bộ biến tần để điều khiển động cơ, phải hết sức chú ý đến vấn đề hư hỏng động cơ.
Biến tần làm hỏng động cơ
Sự khác biệt giữa biến tần và biến tần công nghiệp
Để hiểu cơ chế tại sao động cơ tần số nguồn dễ bị hỏng hơn trong điều kiện dẫn động biến tần, trước tiên hãy hiểu sự khác biệt giữa điện áp của động cơ dẫn động biến tần và điện áp tần số nguồn.Sau đó tìm hiểu sự khác biệt này có thể ảnh hưởng xấu đến động cơ như thế nào.
Cấu trúc cơ bản của bộ biến tần được thể hiện trên hình 2, bao gồm hai phần là mạch chỉnh lưu và mạch biến tần.Mạch chỉnh lưu là mạch đầu ra điện áp DC bao gồm các điốt và tụ lọc thông thường, và mạch biến tần chuyển đổi điện áp DC thành dạng sóng điện áp điều chế độ rộng xung (điện ápPWM).Do đó, dạng sóng điện áp của động cơ điều khiển biến tần là dạng sóng xung có độ rộng xung thay đổi, chứ không phải dạng sóng điện áp hình sin.Điều khiển động cơ bằng điện áp xung là nguyên nhân sâu xa khiến động cơ dễ bị hỏng.
Cơ chế hư hỏng cuộn dây Stator của động cơ biến tần
Khi điện áp xung được truyền trên cáp, nếu trở kháng của cáp không khớp với trở kháng của tải thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ ở đầu tải.Kết quả của sự phản xạ là sóng tới và sóng phản xạ chồng lên nhau tạo thành điện áp cao hơn.Biên độ của nó tối đa có thể đạt gấp đôi điện áp bus DC, tức là gấp khoảng ba lần điện áp đầu vào của biến tần, như trong Hình 3. Điện áp đỉnh quá mức được thêm vào cuộn dây của stato động cơ, gây ra điện áp giật cho cuộn dây , và những cú sốc quá điện áp thường xuyên sẽ khiến động cơ bị hỏng sớm.
Sau khi động cơ được điều khiển bởi bộ biến tần bị ảnh hưởng bởi điện áp cực đại, tuổi thọ thực tế của nó liên quan đến nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, ô nhiễm, độ rung, điện áp, tần số sóng mang và quá trình cách điện cuộn dây.
Tần số sóng mang của biến tần càng cao thì dạng sóng dòng điện đầu ra càng gần với sóng hình sin, điều này sẽ làm giảm nhiệt độ vận hành của động cơ và kéo dài tuổi thọ của lớp cách điện.Tuy nhiên, tần số sóng mang cao hơn có nghĩa là số lượng xung điện áp được tạo ra trong một giây lớn hơn và số lần sốc đối với động cơ cũng lớn hơn.Hình 4 cho thấy tuổi thọ cách điện là hàm số của chiều dài cáp và tần số sóng mang.Có thể thấy từ hình vẽ rằng đối với cáp dài 200 feet, khi tần số sóng mang tăng từ 3kHz lên 12kHz (thay đổi 4 lần), tuổi thọ của lớp cách điện giảm từ khoảng 80.000 giờ xuống còn 20.000 giờ (chênh lệch giữa 4 lần).
Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến cách điện
Nhiệt độ của động cơ càng cao thì tuổi thọ của lớp cách điện càng ngắn, như hình 5, khi nhiệt độ tăng lên 75°C thì tuổi thọ của động cơ chỉ còn 50%.Đối với động cơ được điều khiển bởi bộ biến tần, do điện ápPWM chứa nhiều thành phần tần số cao hơn nên nhiệt độ của động cơ sẽ cao hơn nhiều so với động cơ truyền động bằng điện áp tần số nguồn.
Cơ chế hư hỏng động cơ biến tần
Nguyên nhân khiến bộ biến tần làm hỏng ổ trục động cơ là do có dòng điện chạy qua ổ trục và dòng điện này ở trạng thái đấu nối không liên tục.Mạch kết nối không liên tục sẽ tạo ra hồ quang và hồ quang sẽ đốt cháy ổ trục.
Có hai nguyên nhân chính dẫn đến dòng điện chạy trong ổ trục của động cơ AC.Đầu tiên, điện áp cảm ứng được tạo ra bởi sự mất cân bằng của trường điện từ bên trong và thứ hai, đường dẫn dòng điện tần số cao gây ra bởi điện dung đi lạc.
Từ trường bên trong động cơ cảm ứng xoay chiều lý tưởng là đối xứng.Khi dòng điện của cuộn dây ba pha bằng nhau và các pha lệch nhau 120° thì sẽ không có điện áp sinh ra trên trục của động cơ.Khi điện áp đầu ra của bộ biến tần làm cho từ trường bên trong động cơ không đối xứng, một điện áp sẽ được tạo ra trên trục.Dải điện áp là 10 ~ 30V, liên quan đến điện áp lái xe.Điện áp dẫn động càng cao thì điện áp trên trục càng cao.cao.Khi giá trị của điện áp này vượt quá độ bền điện môi của dầu bôi trơn trong ổ trục, đường dẫn dòng điện sẽ được hình thành.Tại một thời điểm nào đó trong quá trình quay của trục, lớp cách điện của dầu bôi trơn lại dừng dòng điện.Quá trình này tương tự như quá trình bật tắt của một công tắc cơ.Trong quá trình này, một vòng cung sẽ được tạo ra, làm mài mòn bề mặt của trục, bi và bát trục, tạo thành các hố.Nếu không có rung động bên ngoài thì các vết lõm nhỏ sẽ không ảnh hưởng quá lớn nhưng nếu có rung động bên ngoài sẽ sinh ra các rãnh, ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của động cơ.
Ngoài ra, thực nghiệm còn cho thấy điện áp trên trục cũng liên quan đến tần số cơ bản của điện áp đầu ra của biến tần.Tần số cơ bản càng thấp thì điện áp trên trục càng cao và hư hỏng vòng bi càng nghiêm trọng.
Trong giai đoạn đầu vận hành động cơ, khi nhiệt độ dầu bôi trơn thấp, phạm vi dòng điện là 5-200mA, dòng điện nhỏ như vậy sẽ không gây ra bất kỳ hư hỏng nào cho ổ trục.Tuy nhiên, khi động cơ chạy một thời gian, nhiệt độ dầu bôi trơn tăng cao, dòng điện cực đại sẽ đạt 5-10A sẽ gây ra hiện tượng phóng điện và hình thành các vết rỗ nhỏ trên bề mặt các bộ phận ổ trục.
Bảo vệ cuộn dây stato của động cơ
Khi chiều dài của cáp vượt quá 30 mét, các bộ biến tần hiện đại chắc chắn sẽ tạo ra các xung điện áp ở đầu động cơ, làm giảm tuổi thọ của động cơ.Có hai ý tưởng để ngăn ngừa hư hỏng động cơ.Một là sử dụng động cơ có cách điện cuộn dây và độ bền điện môi cao hơn (thường được gọi là động cơ có tần số thay đổi), hai là thực hiện các biện pháp để giảm điện áp đỉnh.Biện pháp trước phù hợp cho các dự án xây dựng mới, còn biện pháp sau phù hợp để chuyển đổi các động cơ hiện có.
Hiện nay, các phương pháp bảo vệ động cơ thường được sử dụng như sau:
1) Lắp đặt một cuộn kháng ở đầu ra của bộ biến tần: Biện pháp này được sử dụng phổ biến nhất, nhưng cần lưu ý rằng phương pháp này có tác dụng nhất định đối với các dây cáp ngắn hơn (dưới 30 mét), nhưng đôi khi hiệu quả không lý tưởng , như thể hiện trong Hình 6(c) được hiển thị.
2) Lắp đặt bộ lọc dv/dt ở đầu ra của bộ biến tần: Biện pháp này phù hợp trong trường hợp chiều dài cáp dưới 300 mét và giá cao hơn một chút so với lò phản ứng, nhưng hiệu quả đã đạt được. được cải thiện đáng kể, như thể hiện trong Hình 6(d).
3) Lắp bộ lọc sóng hình sin ở đầu ra của bộ biến tần: biện pháp này là lý tưởng nhất.Bởi vì ở đây, điện áp xungPWM được thay đổi thành điện áp sóng hình sin, động cơ hoạt động trong cùng điều kiện với điện áp tần số nguồn và vấn đề điện áp cực đại đã được giải quyết hoàn toàn (dù cáp dài bao nhiêu cũng sẽ có không có điện áp đỉnh).
4) Lắp đặt bộ hấp thụ điện áp cực đại tại giao diện giữa cáp và động cơ: nhược điểm của các biện pháp trước đó là khi công suất của động cơ lớn, cuộn kháng hoặc bộ lọc có thể tích và trọng lượng lớn, giá thành tương đối cao. cao.Ngoài ra, cuộn kháng Cả bộ lọc và bộ lọc đều sẽ gây ra hiện tượng sụt áp nhất định, điều này sẽ ảnh hưởng đến mô-men xoắn đầu ra của động cơ.Sử dụng bộ hấp thụ điện áp đỉnh biến tần có thể khắc phục được những nhược điểm này.Bộ hấp thụ điện áp tăng vọt SVA do 706 thuộc Học viện Khoa học và Công nghiệp Hàng không Vũ trụ Thứ hai phát triển áp dụng công nghệ điện tử công suất tiên tiến và công nghệ điều khiển thông minh, đồng thời là thiết bị lý tưởng để giải quyết hư hỏng động cơ.Ngoài ra, bộ giảm chấn SVA còn bảo vệ vòng bi của động cơ.
Bộ hấp thụ điện áp tăng vọt là một loại thiết bị bảo vệ động cơ mới.Kết nối song song các cực đầu vào nguồn của động cơ.
1) Mạch phát hiện điện áp cực đại phát hiện biên độ điện áp trên đường dây nguồn động cơ trong thời gian thực;
2) Khi cường độ của điện áp được phát hiện vượt quá ngưỡng cài đặt, hãy điều khiển mạch đệm năng lượng cực đại để hấp thụ năng lượng của điện áp cực đại;
3) Khi năng lượng của điện áp cực đại đầy bộ đệm năng lượng cực đại, van điều khiển hấp thụ năng lượng cực đại được mở, để năng lượng cực đại trong bộ đệm được thải vào bộ hấp thụ năng lượng cực đại và năng lượng điện được chuyển thành nhiệt năng lượng;
4) Bộ theo dõi nhiệt độ theo dõi nhiệt độ của chất hấp thụ năng lượng đỉnh.Khi nhiệt độ quá cao, van điều khiển hấp thụ năng lượng đỉnh được đóng đúng cách để giảm sự hấp thụ năng lượng (với mục đích đảm bảo rằng động cơ được bảo vệ), để tránh bộ hấp thụ điện áp đỉnh quá nóng và gây hư hỏng.hư hại;
5) Chức năng của mạch hấp thụ dòng ổ trục là hấp thụ dòng điện ổ trục và bảo vệ ổ trục động cơ.
So với bộ lọc du/dt, bộ lọc sóng hình sin và các phương pháp bảo vệ động cơ khác nói trên, bộ hấp thụ cực đại có ưu điểm lớn nhất là kích thước nhỏ, giá thành rẻ và lắp đặt dễ dàng (lắp song song).Đặc biệt trong trường hợp công suất cao, ưu điểm của bộ hấp thụ đỉnh về giá cả, khối lượng và trọng lượng là rất nổi bật.Ngoài ra, do được lắp song song nên sẽ không bị sụt áp, đồng thời sẽ có hiện tượng sụt áp nhất định trên bộ lọc du/dt và bộ lọc sóng hình sin, đồng thời độ sụt điện áp của bộ lọc sóng hình sin gần bằng 10 %, điều này sẽ làm cho mô men quay của động cơ giảm đi.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ Internet.Nội dung bài viết chỉ mang tính chất học tập và giao lưu.Air Compressor Network vẫn trung lập với các quan điểm trong bài viết.Bản quyền của bài viết thuộc về tác giả gốc và nền tảng.Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ để xóa