Häufige Fehlerdiagnose und Reparaturmaßnahmen bei Motoren mit variabler Frequenz

Typische Fehlerdiagnose und Reparaturmaßnahmen bei Motoren mit variabler Frequenz插图

1. Die Eigenschaften des Motors mit variabler Frequenz

1.1 Elektromagnetische Auslegung

Bei gewöhnlichen Asynchronmotoren sind die wichtigsten Leistungsparameter, die bei der Konstruktion von Motoren mit variabler Frequenz berücksichtigt werden, Überlastfähigkeit, Anlaufleistung, Wirkungsgrad und Leistungsfaktor. Beim Frequenzumwandlungsmotor ist der kritische Schlupf umgekehrt proportional zur Netzfrequenz, sodass er direkt gestartet werden kann, wenn der kritische Schlupf nahe 1 liegt.

Daher müssen Überlastfähigkeit und Startleistung nicht mehr so sehr berücksichtigt werden. Das Hauptproblem, das gelöst werden muss, besteht darin, die Anpassungsfähigkeit des Motors an nicht sinusförmige Leistung zu verbessern. Reduzieren Sie zunächst den Stator- und Rotorwiderstand so weit wie möglich.

Durch die Reduzierung des Statorwiderstands kann der Grundkupferverlust verringert werden, um den durch Oberwellen höherer Ordnung verursachten Anstieg des Kupferverlusts auszugleichen. Zweitens ist es zur Unterdrückung der Oberwellen im Strom erforderlich, die Induktivität des Motors entsprechend zu erhöhen. Allerdings ist die Streureaktanz des Rotorschlitzes groß, der Skin-Effekt ist ebenfalls groß und der Kupferverlust durch Oberwellen höherer Ordnung nimmt ebenfalls zu.

Daher sollte bei der Größe der Motorstreureaktanz die Rationalität der Impedanzanpassung im gesamten Drehzahlbereich berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist der Hauptmagnetkreis des Motors mit variabler Frequenz im Allgemeinen so ausgelegt, dass er sich in einem ungesättigten Zustand befindet. Zum einen muss berücksichtigt werden, dass Harmonische höherer Ordnung die Sättigung des Magnetkreises verstärken, und zum anderen muss berücksichtigt werden, dass bei niedrigen Frequenzen die Ausgangsspannung des Wechselrichters entsprechend erhöht werden sollte, um das Ausgangsdrehmoment zu erhöhen.

1.2 Strukturelle Gestaltung

Bei der Konstruktionsgestaltung wird vor allem der Einfluss nicht sinusförmiger Leistungskennlinien auf die Isolationsstruktur, Vibrationen und Geräuschkühlungsmethoden des Frequenzumrichtermotors berücksichtigt. Zunächst einmal ist der Isolationsgrad im Allgemeinen F-Level oder höher, und die Erdungs- und Windungsisolationsintensität wird verstärkt, insbesondere die Fähigkeit der Isolierung, Stoßspannungen standzuhalten, sollte berücksichtigt werden. Um die Vibrations- und Geräuschprobleme des Motors zu lösen, muss die Steifigkeit der Motorkomponenten und des Ganzen vollständig berücksichtigt werden, und es muss versucht werden, seine Eigenfrequenz zu erhöhen, um Resonanzen mit jeder Kraftwelle zu vermeiden.

Im Allgemeinen wird zur Kühlung eine Zwangsbelüftung verwendet, d. h. der Kühllüfter des Hauptmotors wird von einem unabhängigen Motor angetrieben. Bei Motoren mit einer Leistung von mehr als 160 kW sollten Lagerisolationsmaßnahmen angewendet werden, hauptsächlich weil es leicht zu einer Asymmetrie des Magnetkreises und zu Wellenströmen kommt. Wenn die von anderen Hochfrequenzkomponenten erzeugten Ströme zusammenwirken, steigt der Wellenstrom stark an, was zu Lagerschäden führt. Daher werden im Allgemeinen Isolationsmaßnahmen ergriffen.

Darüber hinaus sollte bei Motoren mit konstanter Leistung und variabler Frequenz bei Drehzahlen über 3000/min ein spezielles, hochtemperaturbeständiges Fett verwendet werden, um den Temperaturanstieg des Lagers auszugleichen.

2 Diagnose häufiger Fehler bei Frequenzumrichtermotoren

2.1 Windungsschluss, Teilentladung

Windungskurzschlüsse und Teilentladungen sind relativ häufige Formen von Isolationsfehlern bei Motoren mit variabler Frequenz. Unter ihnen manifestiert sich ein Windungskurzschluss im Allgemeinen als großflächiger Schaden an einer der Spulen im Motor, und Teilentladungen konzentrieren sich auf das Erscheinungsbild der Motorspule. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der Isolationswiderstand Null beträgt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schaden am Motorisolationssystem nicht nur durch einen einzelnen Faktor verursacht, sondern auch durch Teilentladung, lokale Medienerwärmung und andere Faktoren.

Teilentladung: Derzeit wird im Betriebsprozess von Wechselrichtern kleiner und mittlerer Kapazität im Allgemeinen die Pulsweitenmodulationstechnologie von IGBT-Leistungsgeräten verwendet. Das aus diesen Komponenten bestehende PWM-Drehzahlsteuergerät kann hohe Spitzen erzeugen, und die Spitzen haben steile Frontcharakteristiken. Gleichzeitig ist die Modulationsfrequenz höher, sodass die Schäden an der Isolierung schwerwiegender sind.

Lokale Medienerwärmung: Wenn die elektrische Feldstärke E im Motor den kritischen Isolationswert deutlich überschritten hat, wird der Verlust des Mediums immer schwerwiegender. Insbesondere bei zunehmender Frequenz nimmt auch die Teilentladung zu, wodurch Wärme erzeugt wird, was unweigerlich zu schwerwiegenderen Problemen wie Leckströmen führt. Mit der Zeit steigt nicht nur der Verlust pro Volumeneinheit, sondern auch der Temperaturanstieg des Motors nimmt weiter zu, was praktisch zu einer immer schnelleren Alterung der Isolierung führt.

Zyklische Wechselbeanspruchung: Durch den Stromversorgungsmodus der PWM-Frequenzwechselstromversorgung kann der Frequenzwechselstrommotor bei der Inbetriebnahme durch verschiedene vom Frequenzumrichter bereitgestellte Methoden direkt gebremst werden. Unter dem Einfluss zyklischer variabler Belastung altert die Isolierung des Motors immer schneller. Da die elektrische und mechanische Integrität im frühen Konstruktionsprozess nicht umfassend berücksichtigt wurde, wird der Alterungsprozess des Motors weiter zunehmen.

2.2 Lagerschäden, übermäßige Vibrationen

In Kombination mit der Wirkung des PWM-Wechselrichterantriebssystems bei der Inbetriebnahme wird das Lagerschadensproblem des gesamten Frequenzumwandlungsmotors immer schwerwiegender, und es treten sogar häufig Probleme wie Lagerschäden und übermäßige Vibrationen auf. Nachdem ein 690-kW-Frequenzumrichtermotor in einer Hochgeschwindigkeitsdrahtfabrik in Betrieb genommen wurde, traten bereits nach drei Monaten Probleme wie starke Vibrationen auf. Bei der Fehlerdiagnose und Wartung dieses Problems wurde der Motor offline zerlegt und es wurde festgestellt, dass sich auf der Oberfläche des Lagers viele Brandflecken befanden, und diese Brandflecken waren auch relativ deutlich. Der Grund war, dass das Lager des Motors durch den Einfluss des Wellenstroms schwer beschädigt wurde.

2.3 Stromschwingung

Bei der Analyse anhand von Beispielen wurde ein 250 kW/400 V/430 A-Motorsystem mit variabler Frequenz in einer Kaltwalzanlage verwendet. Während des Betriebs trat ständig das Problem brennender Komponenten auf. Bei der Wartung und Behandlung des Frequenzumrichters wurde vorab ein Leerlauftestbetrieb mit V/F-Steuerung am Motor durchgeführt.

Den Testergebnissen zufolge wurde festgestellt, dass der Motorstrom im Bereich von 7 bis 30 Hz anormal war, und noch wichtiger, die Amplitude des Dreiphasenstroms wies deutliche Schwankungen auf, wobei die höchste Schwingungsstromamplitude 700 A erreichen konnte. Nachdem das Fehlerproblem auftrat, führte das zuständige Wartungspersonal umgehend Tests an den vorhandenen Motoren und Frequenzumrichtern desselben Typs durch. Den Testergebnissen zufolge wurde festgestellt, dass die Motoren und Frequenzumrichter innerhalb desselben Frequenzbereichs instabil waren. In der Nähe der Netzfrequenz ist der Zustand des Motors relativ stabil, aber bei einer Frequenz von 40 Hz, insbesondere im Bereich von 20 bis 30 Hz, schwingt der Strom des Motors mit einer Periode von etwa 10 bis 20 Hz. Wenn der Spitzenwert zu diesem Zeitpunkt zu hoch ist, werden der Motor und der gesamte Betrieb des Systems ernsthaft beeinträchtigt.

Um diese Situation zu analysieren: Bei Asynchronmotoren gibt es, wenn die Schlupfrate Null ist, instabile Faktoren bei den positiven und negativen Änderungen des vorübergehenden Drehmoments. Noch wichtiger ist, dass die vom Wechselrichter angetriebene Drehmomentwelligkeit und die vorübergehende Änderung von V/F eine deutlichere Drehmomentwelligkeit verursachen, die sich zu Vibrationen entwickeln oder sogar weiter vibrieren kann. In dieser Situation besteht eine gewisse Korrelation zwischen der Drehmomentwelligkeit und dem harmonischen Strom und anderen Faktoren.

Wenn der Motor mit variabler Frequenz läuft, ist sein Laufzustand instabil und man darf nicht einfach davon ausgehen, dass der Motor oder der Frequenzumrichter defekt ist. Vielmehr ist eine umfassende Analyse der Parameter des Motors und des Frequenzumrichters erforderlich, um den Fehler angemessen beurteilen zu können.

3. Wartungsmaßnahmen bei Ausfall des Frequenzumwandlungsmotors

Frequenzumwandlungsmotoren werden immer häufiger verwendet. Für die Wartung von Frequenzumwandlungsmotoren müssen wirksame Maßnahmen entsprechend den Eigenschaften der Frequenzumwandlungsmotoren ergriffen werden, um den normalen Betrieb der Frequenzumwandlungsmotoren sicherzustellen.

3.1 Anforderungen an die Wartung eines frequenzgeregelten Motors

Häufige Fehlerdiagnose und Reparaturmaßnahmen bei Motoren mit variabler Frequenz插图1

Bei Motoren mit Frequenzumwandlungsdrehzahlregelung werden im Allgemeinen 4-stufige Motoren gewählt, der Betriebspunkt der Basisfrequenz ist auf 50 Hz ausgelegt, der Motor arbeitet mit konstantem Drehmoment im Frequenzbereich von 0–50 Hz (Drehzahl 0–1480 U/min) und die Frequenz beträgt 50–100 Hz (Drehzahl 1480–2800 U/min). Der Motor arbeitet mit konstanter Leistung im Bereich von min), und der gesamte Drehzahlregelungsbereich beträgt (0–2800 U/min), was im Wesentlichen den Anforderungen allgemeiner Antriebsgeräte entspricht. Seine Arbeitseigenschaften sind die gleichen wie die von Gleichstrommotoren mit Drehzahlregelung, und die Drehzahlregelung ist reibungslos und stabil.

Wenn Sie das Ausgangsdrehmoment im Bereich der Drehzahlregelung mit konstantem Drehmoment erhöhen möchten, können Sie auch einen 6- oder 8-stufigen Motor wählen, aber das Volumen des Motors ist relativ größer. Da das elektromagnetische Design des Motors mit variabler Frequenzdrehzahlregelung flexible CAD-Designsoftware verwendet, kann der Grundfrequenz-Designpunkt des Motors jederzeit angepasst werden, und wir können die Arbeitseigenschaften des Motors an jedem Grundfrequenzpunkt auf dem Computer genau simulieren.

Der Drehzahlregelungsbereich mit konstantem Drehmoment des Motors wurde erweitert. Entsprechend den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Motors können wir die Leistung des Motors bei gleicher Baugröße erhöhen oder denselben Frequenzumrichter verwenden, um die Leistung des Motors zu erhöhen. Das Ausgangsdrehmoment wird erhöht, um die Konstruktion und Herstellung des Motors unter verschiedenen Betriebsbedingungen im besten Zustand zu halten.

Der frequenzgeregelte Motor kann mit einem zusätzlichen Drehzahlgeber ausgestattet werden, der die Vorteile einer hochpräzisen Drehzahl- und Positionsregelung sowie einer schnellen dynamischen Kennlinienreaktion bietet. Er kann auch mit einer speziellen Gleichstrom- (oder Wechselstrom-)Bremse für den Motor ausgestattet werden, um eine schnelle, effektive, sichere und zuverlässige Bremsleistung des Motors zu erreichen.

Aufgrund des Designs mit einstellbarer Grundfrequenz des drehzahlgeregelten Motors mit variabler Frequenz können wir auch verschiedene Hochgeschwindigkeitsmotoren herstellen, die die Eigenschaften eines konstanten Drehmoments während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs beibehalten und die ursprünglichen Motoren mit mittlerer Frequenz bis zu einem gewissen Grad ersetzen. Der drehzahlgeregelte Motor mit variabler Frequenz ist ein dreiphasiger Wechselstrom-Synchron- oder Asynchronmotor. Je nach Ausgangsleistung des Wechselrichters gibt es dreiphasige 380 V oder dreiphasige 220 V, sodass die Motorstromversorgung ebenfalls dreiphasige 380 V oder dreiphasige 220 V hat.

Im Allgemeinen hat der Wechselrichter unter 4 kW nur drei Phasen mit 220 V. Da der Motor mit variabler Frequenz durch den Basisfrequenzpunkt (oder Wendepunkt) des Motors in unterschiedliche Drehzahlregelungsbereiche mit konstanter Leistung und Drehzahlregelungsbereiche mit konstantem Drehmoment unterteilt ist, sind die Einstellungen des Basisfrequenzpunkts des Frequenzumsetzers und des Basisfrequenzpunkts des Frequenzumsetzermotors beide sehr wichtig.

3.2 Verbesserung der Isolationsleistung

Der rationelle Einsatz von koronaresistentem Lackdraht trägt dazu bei, die Lackschicht des Bildschirms angemessen zu erhöhen. Durch die Anwendung der Quantenchemie-Technologie können die zur Abschirmung verwendeten chemischen Materialien direkt an der Polykondensationsreaktion von lackbasierten Polymeren als Hauptmaterial des Lackfilms teilnehmen und so sicherstellen, dass die hochfrequente Stoßspannungsfestigkeit rechtzeitig verteilt und aufgelöst werden kann, um die Gesamtkoronaresistenz des Lackfilms zu verbessern. Das Schlitzisolationsmaterial wird derzeit aus mehreren verschiedenen Mischungen wie NHN und F-Klasse-DMD hergestellt. Diese Art von Material hat starke organische Eigenschaften und ist daher nicht koronaresistent. Auf dieser Grundlage wurde eine neue Art von Schlitzisolation ausgewählt, die Glimmer enthält, und die Zugabe von Glimmer ist vorteilhaft, um die Koronaresistenz zu verbessern.

In Bezug auf die Phasen-Phase-Isolierung sollte der Produkttyp mit Polyestervlies auf der Oberfläche ausgewählt werden. Im Vergleich zu anderen Materialien hat dieser Produkttyp offensichtliche Vorteile bei der Aufnahme von Harz, was zu einer wirksamen Verbindung mit dem Draht beiträgt.

Der Imprägnierungsprozess war schon immer einer der wichtigsten Prozesse bei der Wartung von Motoren mit variabler Frequenz. Der wichtigste Punkt ist, Harzausfluss zu vermeiden. Normalerweise wird zur Behandlung VPI verwendet, oder nach der VPI-Behandlung kann der Imprägnierungsprozess entsprechend hinzugefügt werden, was dazu beiträgt, die Luftblasen rechtzeitig zu beseitigen, den Luftspalt in der Wicklung kontinuierlich zu füllen und auch die elektrische und mechanische Festigkeit der Wicklung zu verbessern, um sicherzustellen, dass ihre eigene Hitzebeständigkeit und Fleckenbeständigkeit verstärkt werden. Wenn die Bedingungen es erlauben, kann es durch ultraviolettes Erhitzen und das Stromtrocknungsverfahren behandelt werden, wodurch gute Ergebnisse erzielt werden können.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass während des gesamten Wartungsvorgangs des Frequenzumrichtermotors Kurzschlüsse und andere Probleme vermieden werden. Stellen Sie sicher, dass die Montage verschiedener Komponenten wie Motorlager die grundlegenden Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Versuchen Sie auch, eine starke lokale Erwärmung durch Wirbelstromverluste und andere Probleme zu vermeiden, da sonst zwangsläufig die Isolationsleistung des Motors beeinträchtigt wird.

3.3 Einfluss des Wellenstroms eliminieren

Um sicherzustellen, dass der Wellenstrom auf ein unschädliches Niveau reduziert werden kann, muss normalerweise sichergestellt werden, dass der Wellenstrom unter 0.4 A/mm2 oder 0.35 mV gehalten wird. Darauf aufbauend sollten in Kombination mit der spezifischen Einsatzumgebung und den Typmerkmalen des Motors gezielte Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um die nachteiligen Auswirkungen des Wellenstroms zu beseitigen.

Unterdrückung von Oberschwingungen in der Stromversorgung: Um den Einfluss des Wellenstroms zu eliminieren, können Sie durch die sinnvolle Anwendung des Drehzahlregelungssystems der Wechselrichterstromversorgung direkt Filter hinzufügen oder das passende Drehzahlregelungsgerät mit Frequenzumwandlung verwenden, das zur Reduzierung der Oberschwingungen beiträgt. Gleichzeitig können dadurch auch die nachteiligen Auswirkungen von Wellenstrom und Vibrationen verringert werden.

Lagerisolationsmaßnahmen: Durch gezielte Isolationsmaßnahmen für Lager können die nachteiligen Auswirkungen des Wellenstroms rechtzeitig beseitigt werden. Derzeit besteht die übliche Methode darin, das Lager auf der Lastseite des Motors zu erden und das Lager auf der Nichtlastseite zu isolieren. Bei Verwendung der Wälzlagerstruktur können Sie wählen, ob Sie das Isolierlager als Hauptlagerform verwenden oder auf der Oberfläche des Innenrings und des Außenrings des Lagers eine Isolierschicht von 50 bis 100 mm gleichmäßig aufsprühen möchten. Darüber hinaus kann je nach tatsächlicher Situation eine Hülse direkt in die Lagerkammer der Endabdeckung eingefügt werden, und zwischen der Hülse und der Endabdeckung wird eine Isolierschicht eingefügt, um die Lager der Innen- und Außenabdeckung zu befestigen. Bei Verwendung der Gleitlagerstruktur können Sie Epoxidglasgewebepolster direkt an der Position des Festlagers hinzufügen oder isolierende Rohrverbindungen an der Position der Öleinlass- und -auslassleitungen hinzufügen. Mit diesen Methoden können die nachteiligen Auswirkungen des Wellenstroms wirksam beseitigt werden.

Beim Eliminieren des Wellenstroms können Sie zusätzlich zu den oben genannten Methoden auch die Überwachungsleitung verwenden, um die Isolationsleistung zu verbessern und die Betriebsumgebung des Motors und andere Strategien zu verbessern. Alles in allem müssen Sie, unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden, je nach den Merkmalen und Anforderungen der tatsächlichen Situation aus mehreren Blickwinkeln beginnen, um gute Ergebnisse zu erzielen.

3.4 Einfluss des Wellenstroms eliminieren

Unterdrückung von Netzoberwellen: Um den Einfluss des Wellenstroms zu eliminieren, können Sie durch die sinnvolle Anwendung des Drehzahlregelungssystems der Wechselrichterstromversorgung direkt Filter hinzufügen oder das passende Drehzahlregelungsgerät zur Frequenzumwandlung verwenden, das zur Reduzierung der Oberwellen beiträgt. Gleichzeitig können dadurch auch die nachteiligen Auswirkungen von Wellenstrom und Vibration verringert werden.

Lagerisolationsmaßnahmen: Durch gezielte Isoliermaßnahmen für Lager können die nachteiligen Auswirkungen des Wellenstroms rechtzeitig beseitigt werden. Derzeit besteht die übliche Methode darin, das Lager auf der Lastseite des Motors zu erden und das Lager auf der Nichtlastseite zu isolieren. Bei Verwendung der Wälzlagerstruktur können Sie wählen, ob Sie das Isolierlager als Hauptlagerform verwenden oder auf der Oberfläche des Innenrings und des Außenrings des Lagers eine Isolierschicht von 50 bis 100 mm gleichmäßig aufsprühen möchten. Darüber hinaus kann je nach tatsächlicher Situation eine Hülse direkt in die Lagerkammer der Endabdeckung eingefügt werden, und zwischen der Hülse und der Endabdeckung wird eine Isolierschicht eingefügt, um die Lager der Innen- und Außenabdeckung zu befestigen. Bei Verwendung der Gleitlagerstruktur können Sie Epoxidglasgewebepolster direkt an der Position des Festlagers hinzufügen oder isolierende Rohrverbindungen an der Position der Öleinlass- und -auslassleitungen hinzufügen. Mit diesen Methoden können die nachteiligen Auswirkungen des Wellenstroms wirksam beseitigt werden.

3.5 Verbesserung des aktuellen Schwingungsproblems

Nach Langzeitversuchen, Zusammenfassungen und Analysen kann eine wirksame Behandlung des Stromschwingungsproblems und eine Verbesserung der instabilen Stromsituation sichergestellt werden. Dies kann durch kontinuierliches Erhöhen der Motorträgheit oder -belastung oder durch entsprechendes Erhöhen der Kapazität auf der Gleichstromseite des Spannungswechselrichters erreicht werden, was zur Verringerung der Auswirkungen von Spannungsschwankungen beiträgt.

In Kombination mit dem Betriebszustand des PWM-gesteuerten Wechselrichters ist die Verwendung schneller Schaltelemente oder die direkte Reduzierung der Modulationsfrequenz des PWM von Vorteil, um Schwankungen der Ausgangsspannung aufgrund des Einflusses der Totzone zu vermeiden. Um das Problem der Stromschwingung zu verbessern, ist es auch möglich, einen Motor mit hoher Schlupfrate zu verwenden und Methoden wie Stromrückkopplung zu verwenden, um sicherzustellen, dass die Vektorsteuerung der Schaltung rechtzeitig zurückgekoppelt werden kann, um so die Verbesserung der Betriebsstabilität des Motors mit variabler Frequenz sicherzustellen.