Czy silnik naprawdę się nie spali, jeśli zostanie zastosowana przetwornica częstotliwości?
1 Uszkodzenia spowodowane nieprawidłowym obciążeniem
Prawdą jest, że obwód ochronny falownika jest już całkiem kompletny. W celu ochrony drogiego modułu inwertera każdy producent inwertera wykonał wiele pracy nad obwodem zabezpieczającym, od wykrywania prądu wyjściowego po wykrywanie spadku napięcia na lampie IGBT w obwodzie napędowym, i stara się wdrożyć najszybsze zabezpieczenie przed przeciążeniem z najszybszą reakcją prędkość!
Od wykrywania napięcia po wykrywanie prądu, od wykrywania temperatury modułu po wykrywanie zaniku fazy na wyjściu itp. – nie ma elektrycznego obwodu zabezpieczającego, który byłby tak skupiony i dedykowany jak falownik. Kiedy sprzedawca falownika wspomina o wydajności falownika, musi również wspomnieć o funkcji zabezpieczającej falownika i często nieświadomie obiecuje użytkownikowi: Dzięki falownikowi, jego kompleksowej funkcji zabezpieczającej, Twój silnik nie spali się łatwo. Ten sprzedawca nie wiedział, że ta obietnica przyniesie mu wielką bierność!
Czy silnik naprawdę nie przepali się przy zastosowaniu przetwornicy częstotliwości? Moja odpowiedź brzmi: W porównaniu z zasilaniem na częstotliwości przemysłowej, przy zastosowaniu przetwornicy częstotliwości silnik jest bardziej narażony na przepalenie, a łatwe spalenie silnika sprawia, że moduł falownika przetwornicy częstotliwości również łatwo „spisać” razem. Czuły obwód zabezpieczenia nadprądowego przetwornicy częstotliwości jest tutaj bezużyteczny i nie odgrywa żadnej roli. Jest to główna przyczyna zewnętrzna uszkodzenia modułu przetwornicy częstotliwości. Pozwól, że powiem ci powód.
Silnik może pracować w stanie częstotliwości sieciowej. Chociaż prąd roboczy jest nieco większy niż prąd znamionowy, po długotrwałej pracy następuje pewien wzrost temperatury. To jest chory silnik. Rzeczywiście może działać, zanim się wypali. Jednak po podłączeniu do przetwornicy częstotliwości będzie ona często przeciążana i nie będzie mogła działać. To nie jest wielka sprawa.
Silnik może pracować w stanie częstotliwości sieciowej. Użytkownicy używają go normalnie od wielu lat. Proszę zwrócić uwagę na słowo „wiele lat”. Użytkownicy chcą zaoszczędzić na rachunkach za energię elektryczną lub muszą przeprowadzić transformację konwersji częstotliwości w związku z transformacją procesu. Jednak po podłączeniu do przetwornicy częstotliwości błędy OC będą często skakać. To jest dobre. Zabezpieczenie jest wyłączone, a moduł nie jest uszkodzony.
Przerażające jest to, że falownik nie od razu wyłączył błąd OC, ale bez powodu w trakcie pracy - już po trzech, dwóch dniach pracy moduł eksplodował i silnik spalił się. Użytkownik obwinia sprzedawcę: Zainstalowany falownik był złej jakości i spalił mój silnik, więc musisz zrekompensować mój silnik!
Wcześniej silnik wydawał się naprawdę w porządku i działał dobrze. Zmierzono prąd roboczy, a ponieważ obciążenie było niewielkie, osiągnęło ono tylko połowę prądu znamionowego; zmierzono zasilanie trójfazowe, 380 V, które było bardzo zrównoważone i stabilne. Rzeczywiście wygląda na to, że uszkodzony został falownik i silnik również.
Gdybym tam był, powiedziałbym tak: nie zrzucaj winy na falownik, to Twój silnik jest już „nieuleczalnie chory” i nagle się zepsuł, a falownik uległ uszkodzeniu!
Izolacja uzwojeń silnika została znacznie zmniejszona ze względu na wzrost temperatury roboczej silnika i wilgoć, a nawet ma oczywiste wady izolacji, które występują w krytycznym punkcie przebicia napięcia. W warunkach zasilania o częstotliwości sieciowej na wejściu uzwojenia silnika znajduje się trójfazowe napięcie sinusoidalne 50 Hz, napięcie indukowane generowane przez uzwojenie jest również niskie, a składowa udarowa w linii jest niewielka. Zmniejszenie izolacji silnika może spowodować jedynie niepozorny „prąd upływowy”, ale nie nastąpiło jeszcze zjawisko przebicia napięcia pomiędzy zwojami i fazami uzwojenia, a silnik nadal „pracuje normalnie”.
Należy powiedzieć, że w miarę dalszego pogłębiania się stopnia starzenia izolacji, nawet jeśli jest on nadal zasilany częstotliwością sieciową, uważa się, że w niedalekiej przyszłości silnik ostatecznie ulegnie spaleniu na skutek zaniku napięcia pomiędzy fazami lub uzwojeniami spowodowanego przez starzenie się izolacji. Problem w tym, że teraz się nie spalił.
Po podłączeniu do falownika warunki zasilania silnika stały się „złe”: na wyjściu falownika kształt fali PWM jest w rzeczywistości napięciem nośnym o wartości kilku kHz lub nawet kilkunastu kHz, a różne składowe harmoniczne napięcia również będą generowane w obwodzie zasilania uzwojenia silnika.
Z charakterystyki indukcyjności można zauważyć, że im większa jest prędkość zmiany prądu przepływającego przez cewkę, tym wyższe jest napięcie indukowane przez cewkę. Napięcie indukowane uzwojenia silnika jest wyższe niż napięcie zasilania o częstotliwości sieciowej (konto publiczne: Pump Butler). Wady izolacji, których nie można odsłonić podczas zasilania częstotliwością sieciową, nie są w stanie wytrzymać oddziaływania indukowanego napięcia pod nośnikiem wysokiej częstotliwości, dlatego następuje przebicie napięcia pomiędzy zwojami lub fazami uzwojenia. Zwarcie pomiędzy fazami i zwojami uzwojenia silnika spowodowało nagłe zwarcie uzwojenia silnika. Podczas pracy moduł eksplodował, a silnik spalił się.
W początkowej fazie uruchamiania falownika, ponieważ zarówno częstotliwość wyjściowa, jak i napięcie mieszczą się w stosunkowo niskiej amplitudzie, gdy wystąpi awaria silnika obciążenia, pomimo dużego prądu wyjściowego, prąd ten często mieści się w wartości znamionowej, obwód wykrywania prądu zostaje aktywowany w odpowiednim czasie, falownik wykonuje działanie zabezpieczające, a modułowi nie grozi eksplozja.
Jeśli jednak trójfazowe napięcie wyjściowe i częstotliwość osiągną dużą amplitudę podczas pracy z pełną prędkością (lub bliską pełnej prędkości), jeśli w tym momencie nastąpi przebicie napięcia w uzwojeniu silnika, natychmiast powstanie ogromny prąd udarowy, a moduł inwertera nie będzie w stanie tego wytrzymać i eksploduje oraz ulegnie uszkodzeniu, zanim zostanie aktywowany obwód wykrywania prądu.
Z tego widać, że obwód ochronny nie jest wszechmocny, a każdy obwód ochronny ma swoje „słabe żebra”. Falownik jest bezsilny wobec nagłego zaniku napięcia uzwojenia silnika podczas pracy z pełną prędkością i nie może pełnić skutecznej roli ochronnej. Nie tylko obwód ochronny falownika, ale żaden element zabezpieczający silnik nie jest w stanie zapewnić skutecznej ochrony przed tak nagłymi awariami. W przypadku wystąpienia takich nagłych usterek można jedynie stwierdzić, że silnik rzeczywiście „umarł”.
Tego typu usterka oznacza śmiertelny cios w moduł wyjściowy falownika, z którego nie ma ucieczki.
Inne przyczyny spowodowane zasilaniem lub obciążeniem, takie jak przepięcie, podnapięcie, duże obciążenie, a nawet przetężenie spowodowane przeciągnięciem, mogą skutecznie chronić bezpieczeństwo modułu przy założeniu, że obwód ochronny falownika jest normalny, a prawdopodobieństwo uszkodzenia modułu zostanie znacznie zmniejszone. Nie będę tego tutaj omawiać.
2. Uszkodzenie modułu spowodowane złym obwodem falownika
1. Zły obwód napędowy spowoduje główne uszkodzenie modułu
Z trybu zasilania obwodu sterującego widać, że jest on zazwyczaj zasilany przez dodatnie i ujemne źródła zasilania. +15Napięcie V zapewnia napięcie wzbudzenia lampy IGBT potrzebne do jej włączenia. -5V zapewnia napięcie odcięcia lampy IGBT, dzięki czemu jest ona niezawodna i szybka. Gdy napięcie +15V jest niewystarczające lub utracone, nie można włączyć odpowiedniej lampy IGBT. Jeśli obwód wykrywania usterek modułu w obwodzie napędowym może również wykryć lampę IGBT, obwód wykrywania usterek modułu może zgłosić sygnał OC zaraz po uruchomieniu falownika, a falownik wykona działanie zabezpieczające, które jest prawie nieszkodliwe do modułu.
W przypadku, gdy ujemne napięcie odcięcia -5V jest niewystarczające lub utracone (podobnie jak w trójfazowym mostku prostowniczym, obwód wyjściowy falownika możemy najpierw uznać za mostek falownika, a lampy IGBT tworzą trzy górne ramiona mostka i trzy dolne ramiona mostka, takie jak lampy IGBT górnego ramienia mostka w fazie U i dolne ramię mostka w fazie U.), gdy górne (dolne) ramię mostka dowolnej fazy jest stymulowane i włączane, odpowiednie dolne ramię mostka (górne) ramię mostka Rurka IGBT będzie ładowana przez pojemność złącza kolektor-bramka lampy IGBT do pojemności złącza bramka-emiter z powodu utraty ujemnego napięcia odcięcia, co spowoduje nieprawidłowe przewodzenie lampy i obie lampy utworzą się zwarcie w zasilaczu prądu stałego! Konsekwencja jest następująca: moduły zostają wysadzone w powietrze!
Utrata ujemnego napięcia na odcięciu może być spowodowana uszkodzeniem układu scalonego sterownika, uszkodzeniem dolnej rurki stopnia sterownika mocy (zwykle składającego się z dwustopniowego wzmacniacza mocy z wtórnikiem napięciowym) za układem scalonym sterownika, złym połączeniem przewodu zacisku wyzwalającego, słaba ujemna gałąź zasilania obwodu sterownika lub awaria kondensatora filtra zasilania. Gdy wystąpi którekolwiek z powyższych zjawisk, będzie to śmiertelny cios dla modułu! Jest to nieodwracalne.
2. Zła ścieżka transmisji impulsów będzie również stanowić zagrożenie dla modułu. Wyjściowy impuls falownika 6-kanału PWM wytwarzany przez procesor jest często wysyłany do styku wejściowego układu scalonego sterownika poprzez sześć buforów odwracających (wspólna faza), z procesora do układu scalonego sterownika, a następnie do zacisku wyzwalania układu moduł inwertera. Jeżeli jeden z 6 sygnałów zostanie przerwany, falownik może zgłosić błąd OC. Spadek napięcia na lampach IGBT w trzech dolnych ramionach mostka mostka falownika jest wykrywany i przetwarzany przez obwód wykrywania usterek modułu, gdy jest on włączony. Lampy IGBT w trzech górnych ramionach mostka mają funkcję wykrywania spadku napięcia na lampach w niewielkiej liczbie falowników, a obwód wykrywania spadku napięcia na lampach jest pominięty w większości falowników. Kiedy lampa IGBT, która utraci impuls wzbudzenia, posiada obwód wykrywający spadek napięcia lampy, po utracie impulsu wzbudzenia obwód wykrywający zgłosi błąd OC, a falownik wyłączy się w celu zabezpieczenia; (2) Falownik może wykazywać odchylenie fazowe. Lampa IGBT, która traci impuls wzbudzenia, to lampa bez obwodu wykrywania spadku napięcia na lampie. Istnieje tylko podciśnienie odcinające, które może zapewnić niezawodne odcięcie. Ramię mostka fazowego ma na wyjściu tylko półfalę, co powoduje, że falownik pracuje z odchyleniem fazy. W rezultacie w uzwojeniu silnika generowana jest składowa prądu stałego, która również wytwarza duży prąd udarowy (konto publiczne: Pump Butler), powodując uderzenie i uszkodzenie modułu! Jednak prawdopodobieństwo uszkodzenia jest niższe niż w przypadku pierwszego powodu.
Jeśli ta ścieżka transmisji impulsów jest zawsze przerwana, nawet jeśli obwód uszkodzenia modułu nie może odegrać żadnej roli, obwód wykrywania prądu, taki jak cewka wzajemna, może odegrać rolę, a także rolę ochronną. Istnieje jednak obawa, że ta ścieżka transmisji będzie od czasu do czasu przerywana z powodu usterek, takich jak słaby kontakt, a nawet przypadkowego rozłączenia. Obwód wykrywania prądu jest niewytłumaczalny i nie ma czasu na reakcję, co powoduje, że falownik generuje na wyjściu „przerywane odchylenie fazy”, tworząc duży prąd udarowy i uszkadzając moduł. Silnik „przeskoczy” w tym stanie wyjściowym, wydając dźwięk „klikania”, a wytwarzanie i straty ciepła znacznie wzrosną, a ponadto łatwo jest je uszkodzić.
3. Obwód wykrywania prądu i obwód wykrywania temperatury modułu ulegają awarii lub ulegają uszkodzeniu, a moduł nie może skutecznie chronić przed przetężeniem i przegrzaniem, powodując w ten sposób uszkodzenie modułu.
4. Gdy pojemność kondensatora magazynującego energię w głównym obwodzie prądu stałego zmniejszy się lub straci pojemność, wzrasta składowa pulsująca napięcia obwodu prądu stałego. Po uruchomieniu falownika nie jest to oczywiste w stanie bez obciążenia i bez obciążenia, ale podczas rozruchu pod obciążeniem następuje wzrost napięcia w obwodzie, moduł falownika eksploduje i ulega uszkodzeniu, a obwód ochronny również ulega uszkodzeniu
W przypadku falowników pracujących od wielu lat, po uszkodzeniu modułu, nie można pominąć kontroli pojemności kondensatorów magazynujących energię w obwodzie prądu stałego. Całkowita utrata pojemności zdarza się rzadko, ale kiedy już nastąpi, spowoduje to uszkodzenie modułu inwertera podczas procesu uruchamiania obciążenia, co również jest pewne!
3. Niewielka liczba domowych falowników o złej jakości i tandetnym wykonaniu posiada moduły, które niezwykle łatwo jest uszkodzić. Tak, w ostatnich latach konkurencja na rynku falowników stała się coraz bardziej zacięta, a marża zysku falowników coraz bardziej węższa, ale konkurencyjność własnych produktów można poprawić poprzez postęp technologiczny i poprawę produktywności. Nierozsądne jest zwiększanie ich udziału w rynku poprzez wykorzystywanie starych produktów jako nowych, gorszych produktów jako dobrych i ograniczanie wydajności modułów w celu pójścia na skróty. Jest to zachowanie krótkowzroczne i krótkotrwałe. 1. Niska jakość i tandetne wykonanie zwiększają awaryjność obwodu zabezpieczającego falownika. Moduł falownika nie może być skutecznie chroniony przez obwód zabezpieczający, co zwiększa prawdopodobieństwo uszkodzenia modułu. 2. Dobrana moc modułu inwertera powinna zasadniczo przekraczać 2,5-krotność prądu znamionowego, aby zapewnić długoterminową bezpieczną pracę. Przykładowo w falowniku o mocy 30kW i prądzie znamionowym 60A należy zastosować moduł o prądzie od 150A do 200A. Użycie 100A jest za małe. Ale niektórzy producenci odważą się użyć do instalacji modułów 100A! Co gorsza, są też tacy, którzy korzystają ze starych i gorszych modułów. Falownik tego typu nie tylko łatwo uszkodzić moduł w trakcie pracy, ale także często eksploduje podczas procesu uruchamiania! Personel, który instalował tego typu falownik na miejscu, przestraszył się i za pomocą drewnianego kija wcisnął z daleka przycisk start na panelu operacyjnym.
Moduł o małej pojemności musi ledwo działać. Moduł jest przeciążony i obwód zabezpieczający staje się bezużyteczny (chroniony przez zaznaczoną moc falownika, a nie rzeczywistą wartość mocy modułu). To naprawdę nienormalne, że moduł nie eksploduje często.
Tego typu maszyny wydają się być bardzo „na topie” już na początku aukcji ze względu na niską cenę, ale nie trzeba długo czekać, aż producent zbankrutuje.
Ta trzecia przyczyna uszkodzenia modułu nie powinna być powodem. Mam nadzieję, że w najbliższym czasie przyczynami uszkodzenia modułu będą tylko dwie pierwsze przyczyny.
W przypadku falowników domowych czasami ziarno szczurzych odchodów psuje cały garnek zupy. Wiele falowników jest nadal dobrych, nie gorszych od produktów zagranicznych, wysokiej jakości i niskiej ceny.
