¿Pueden los motores eléctricos comunes funcionar a frecuencia variable durante mucho tiempo?
Thread Content
Se ha presentado un problema: muchos usuarios informan que, cuando se utilizan motores verticales convencionales en condiciones de funcionamiento con variación de frecuencia durante períodos prolongados, la vida útil de los rodamientos del extremo no motorizado del motor es corta. En la práctica, su vida útil suele ser de solo 12 a 14 meses; además, se producen ruidos y vibraciones anormales. Esto equivale a la mitad de la vida útil normal del motor. Al reemplazar los rodamientos del extremo superior, el funcionamiento vuelve a la normalidad. Se han descartado las causas relacionadas con sobrecarga mecánica y defectos de fabricación. La frecuencia de operación real está entre 25 y 45; no se sabe si este problema es causado por la variación de frecuencia Equipo y maquinaria química
En mi opinión, la carga en el extremo no accionado es mucho mayor; por esta razón, los rodamientos de los motores de las bombas de nuestra fábrica deben reemplazarse con frecuencia. Esto se explica de manera más razonable mediante el principio de la palanca: cuanto más lejos se está del extremo activo, mayor es su fuerza de acción.
Los motores asíncronos comunes se diseñan para frecuencia y voltaje constantes; por lo tanto, no pueden adaptarse completamente a los requisitos de control de velocidad mediante variación de frecuencia. A continuación se describen los efectos del variador de frecuencia en el motor.
1. Problemas de eficiencia y aumento de temperatura del motor
Independientemente del tipo de variador de frecuencia, durante su funcionamiento se generan tensiones y corrientes armónicas en diferentes grados, lo que hace que el motor opere bajo tensiones y corrientes no sinusoidales. Según la información disponible, tomando como ejemplo los variadores de frecuencia de tipo PWM con onda sinusoidal, que se utilizan ampliamente en la actualidad, las armónicas de bajo orden son prácticamente nulas. Las demás componentes armónicas de orden superior, cuya frecuencia es aproximadamente el doble de la frecuencia portadora, son: 2u+1 (donde u es la relación de modulación). Las armónicas de alta frecuencia causan un aumento en las pérdidas por cobre en el estator del motor, en las pérdidas por cobre (aluminio) en el rotor, en las pérdidas por hierro y en otras pérdidas adicionales. La más notable de estas es la pérdida por cobre (aluminio) en el rotor. Dado que el motor asíncrono gira a una velocidad sincrónica cercana a la frecuencia de la onda fundamental, cuando las tensiones de armónicos de orden superior cortan los conductores del rotor con un gran deslizamiento, se generan grandes pérdidas en el rotor. Además de esto, también hay que considerar la pérdida adicional de cobre que se produce debido al efecto pelicular. Todas estas pérdidas causan que el motor eléctrico se caliente en exceso, lo que reduce su eficiencia y disminuye su potencia de salida. Por ejemplo, cuando un motor asincrónico trifásico convencional funciona con una fuente de alimentación no sinusoidal generada por un convertidor de frecuencia, su aumento de temperatura suele ser del 10% al 20%. 2. Problema de la resistencia a la isolación del motor. Actualmente, en muchos convertidores de frecuencia de tamaño medio y pequeño se utiliza el método de control PWM. Su frecuencia portadora es de unos pocos miles a más de diez mil hercios, lo que hace que el devanado del estator del motor deba soportar una muy alta tasa de aumento de voltaje; esto equivale a aplicarle al motor un impulso de voltaje de gran pendiente, sometiendo así al aislamiento entre espiras del motor a una prueba bastante severa. Además, la tensión de onda cuadrada generada por el convertidor PWM se suma a la tensión de funcionamiento del motor. Esto representa una amenaza para el aislamiento eléctrico del motor con respecto a tierra; el aislamiento se deteriora más rápidamente debido a los impactos repetidos de alta tensión. 3. Ruido electromagnético armónico y vibraciones
Cuando los motores asincrónicos convencionales se alimentan mediante un variador de frecuencia, las vibraciones y el ruido causados por factores electromagnéticos, mecánicos y de ventilación se vuelven más complejos. Las distintas armónicas temporales contenidas en la fuente de alimentación variable interfieren con las armónicas espaciales inherentes a la parte electromagnética del motor, generando diversas fuerzas de excitación electromagnética. Cuando la frecuencia de las ondas de fuerza electromagnética coincide o se acerca a la frecuencia de vibración natural del cuerpo del motor, se produce un fenómeno de resonancia que aumenta el ruido. Dado que el rango de frecuencias de operación del motor eléctrico es amplio y el rango de variación de su velocidad de rotación es grande, es difícil evitar que las frecuencias de las diversas ondas de fuerza electromagnética coincidan con las frecuencias de vibración naturales de los componentes del motor. 4. Capacidad del motor para soportar arranques y frenados frecuentes
Gracias al uso de un variador de frecuencia, el motor puede arrancar a muy bajas frecuencias y voltajes, sin que se produzca corriente de impacto. Además, puede ser frenado rápidamente mediante los diversos métodos de frenado que ofrece el variador. Esto crea las condiciones necesarias para realizar arranques y frenados frecuentes. En consecuencia, tanto el sistema mecánico como el electromagnético del motor quedan sometidos a fuerzas alternas cíclicas, lo que genera problemas de fatiga y envejecimiento acelerado en la estructura mecánica y en el aislamiento eléctrico. 5. Problemas de enfriamiento a bajas velocidades. En primer lugar, la impedancia del motor asíncrono no es ideal; cuando la frecuencia de la fuente de alimentación es baja, las pérdidas causadas por las armónicas de alta frecuencia en la fuente son significativas. En segundo lugar, cuando la velocidad de un motor asíncrono convencional disminuye, el caudal de aire de refrigeración se reduce de forma proporcional a la tercera potencia de la velocidad. Esto deteriora las condiciones de refrigeración del motor a bajas velocidades, provocando un aumento brusco de la temperatura, por lo que resulta difícil lograr una salida de par constante. Según nuestra experiencia práctica, si la frecuencia no disminuye demasiado, es posible encontrar un momento adecuado para usarlo ； (Normalmente reducimos la frecuencia a menos de 15 Hz) ； Es posible que los rodamientos se dañen debido a una frecuencia demasiado baja; en ese caso, el flujo de aire de refrigeración no es suficiente para eliminar el calor generado por el motor cuando funciona a bajas frecuencias. Esto provoca que la corriente en el eje del motor sea excesiva. El aceite presente dentro de los rodamientos se derrite debido al calor y sale de ellos. Con el paso del tiempo, esto conduce a que los rodamientos funcionen sin aceite, lo que a su vez provoca su daño
1. Problemas de eficiencia y aumento de temperatura del motor
Independientemente del tipo de variador de frecuencia, durante su funcionamiento se generan tensiones y corrientes armónicas en diferentes grados, lo que hace que el motor opere bajo tensiones y corrientes no sinusoidales. Según la información disponible, tomando como ejemplo los variadores de frecuencia de tipo PWM con onda sinusoidal, que se utilizan ampliamente en la actualidad, las armónicas de bajo orden son prácticamente nulas. Las demás componentes armónicas de orden superior, cuya frecuencia es aproximadamente el doble de la frecuencia portadora, son: 2u+1 (donde u es la relación de modulación). Las armónicas de alta frecuencia causan un aumento en las pérdidas por cobre en el estator del motor, en las pérdidas por cobre (aluminio) en el rotor, en las pérdidas por hierro y en otras pérdidas adicionales. La más notable de estas es la pérdida por cobre (aluminio) en el rotor. Dado que el motor asíncrono gira a una velocidad sincrónica cercana a la frecuencia de la onda fundamental, cuando las tensiones de armónicos de orden superior cortan los conductores del rotor con un gran deslizamiento, se generan grandes pérdidas en el rotor. Además de esto, también hay que considerar la pérdida adicional de cobre que se produce debido al efecto pelicular. Todas estas pérdidas causan que el motor eléctrico se caliente en exceso, lo que reduce su eficiencia y disminuye su potencia de salida. Por ejemplo, cuando un motor asincrónico trifásico convencional funciona con una fuente de alimentación no sinusoidal generada por un convertidor de frecuencia, su aumento de temperatura suele ser del 10% al 20%. 2. Problema de la resistencia a la isolación del motor. Actualmente, en muchos convertidores de frecuencia de tamaño medio y pequeño se utiliza el método de control PWM. Su frecuencia portadora es de unos pocos miles a más de diez mil hercios, lo que hace que el devanado del estator del motor deba soportar una muy alta tasa de aumento de voltaje; esto equivale a aplicarle al motor un impulso de voltaje de gran pendiente, sometiendo así al aislamiento entre espiras del motor a una prueba bastante severa. Además, la tensión de onda cuadrada generada por el convertidor PWM se suma a la tensión de funcionamiento del motor. Esto representa una amenaza para el aislamiento eléctrico del motor con respecto a tierra; el aislamiento se deteriora más rápidamente debido a los impactos repetidos de alta tensión. 3. Ruido electromagnético armónico y vibraciones
Cuando los motores asincrónicos convencionales se alimentan mediante un variador de frecuencia, las vibraciones y el ruido causados por factores electromagnéticos, mecánicos y de ventilación se vuelven más complejos. Las distintas armónicas temporales contenidas en la fuente de alimentación variable interfieren con las armónicas espaciales inherentes a la parte electromagnética del motor, generando diversas fuerzas de excitación electromagnética. Cuando la frecuencia de las ondas de fuerza electromagnética coincide o se acerca a la frecuencia de vibración natural del cuerpo del motor, se produce un fenómeno de resonancia que aumenta el ruido. Dado que el rango de frecuencias de operación del motor eléctrico es amplio y el rango de variación de su velocidad de rotación es grande, es difícil evitar que las frecuencias de las diversas ondas de fuerza electromagnética coincidan con las frecuencias de vibración naturales de los componentes del motor. 4. Capacidad del motor para soportar arranques y frenados frecuentes
Gracias al uso de un variador de frecuencia, el motor puede arrancar a muy bajas frecuencias y voltajes, sin que se produzca corriente de impacto. Además, puede ser frenado rápidamente mediante los diversos métodos de frenado que ofrece el variador. Esto crea las condiciones necesarias para realizar arranques y frenados frecuentes. En consecuencia, tanto el sistema mecánico como el electromagnético del motor quedan sometidos a fuerzas alternas cíclicas, lo que genera problemas de fatiga y envejecimiento acelerado en la estructura mecánica y en el aislamiento eléctrico. 5. Problemas de enfriamiento a bajas velocidades. En primer lugar, la impedancia del motor asíncrono no es ideal; cuando la frecuencia de la fuente de alimentación es baja, las pérdidas causadas por las armónicas de alta frecuencia en la fuente son significativas. En segundo lugar, cuando la velocidad de un motor asíncrono convencional disminuye, el caudal de aire de refrigeración se reduce de forma proporcional a la tercera potencia de la velocidad. Esto deteriora las condiciones de refrigeración del motor a bajas velocidades, provocando un aumento brusco de la temperatura, por lo que resulta difícil lograr una salida de par constante. Según nuestra experiencia práctica, si la frecuencia no disminuye demasiado, es posible encontrar un momento adecuado para usarlo ； (Normalmente reducimos la frecuencia a menos de 15 Hz) ； Es posible que los rodamientos se dañen debido a una frecuencia demasiado baja; en ese caso, el flujo de aire de refrigeración no es suficiente para eliminar el calor generado por el motor cuando funciona a bajas frecuencias. Esto provoca que la corriente en el eje del motor sea excesiva. El aceite presente dentro de los rodamientos se derrite debido al calor y sale de ellos. Con el paso del tiempo, esto conduce a que los rodamientos funcionen sin aceite, lo que a su vez provoca su daño
Tiene mucho sentido. Cuando comunicamos este problema a la fábrica de motores, ellos dijeron que no tenían registros de experiencia en funcionamiento a bajas frecuencias que pudieran demostrar que una vida útil más corta de los rodamientos se debía a dichas bajas frecuencias. En nuestro acuerdo técnico con la fábrica de motores se estipula que el rango de modulación de frecuencia es de 30 a 50 Hz. Ya hemos solicitado a la fábrica de motores y a una fábrica internacional de rodamientos que elaboren conjuntamente un informe analítico; una vez que tengamos los resultados, los compartiremos con todos.