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变频器故障引起的一系列问题
发布者:admin 发布时间:2019/5/11 9:28:30 点击:125

暂时搁置整个气候变化的争论,毫无疑问,通过减少能源消耗,整个行业将会受益。特别是化工行业将能源效率和节约能源放在首位,许多工厂越来越关注如何更好地管理能源使用。正如美国能源部(DOE)最近推出的“现在节约能源”所强调的那样,肯定存在更多的机会。针对主要化工厂以及其他大型工业设施的倡议。已经在广泛的运营商,供应商,政府机构和行业机构中获得支持的一项举措是使用VFD。这些VFD可用于运行工厂的交流电机,这些交流电机以前可能一直以恒定速度运行。美国能源部估计,通过改用节能技术(如变频驱动器)可以节省国家工业电机消耗的大约18%的能源,这似乎是一个对他们有利的开放和关闭的案例。而且,它已在大多数应用程序中得到证明。但是,有时候,从变频驱动器上运行交流电机可能会导致许多工艺工程师之前可能没有遇到的问题。 提示我们开始通过我们提供的分析现场故障的服务来解决VFD问题。宾夕法尼亚州Kulpsville的SKF美国应用工程总监Dan Snyder谈到了几年前向轴承制造商报告的一系列轴承噪音和油脂失效问题。VFD问题似乎与通过轴承的某种放电直接相关,Snyder说,它表现为可能在整个润滑间隙产生电弧。虽然电弧往往是隔离和局部的,但对轴承的影响几乎就像是一系列小的雷击,他说。这些罢工?熔化并重新进入发生放电的内部轴承表面,结果是一些表面材料剥落并剥落以在轴承中产生噪音。然而,最初的症状几乎是肉眼看不见的。损坏的表面看起来是暗淡的,其特征在于熔融的凹痕或微孔,其直径可以仅为约5至8μm,而不管它们是在内环,外环还是滚动元件上。最初,这种现在被称为放电加工(EDM)效应的损坏被归结为杂散电流的可能性,例如,在电动机或VFD上进行的接地焊接工作不充分。但是最近,斯奈德说,我们开始越来越多地看到这个问题越来越多地出现在配备变速控制的VFD的交流电机上。频率越高,我们看到的轴承损坏就越大。当特征轴承凹槽变得可见时,典型的VFD损坏类型才真正出现。这是由于滚动元件不断越过微孔板并将节奏模式蚀刻到轴承座圈的运行表面中的动态效应引起的。来自轴承的噪音和振动增加,并且最终劣化将导致轴承完全失效。即使轴承本身不受这些排放的影响,它的润滑也可能。润滑脂组合物在电流放电的作用下会迅速降解,产生高的局部温度,导致润滑剂的添加剂和基础油反应,燃烧或烧焦油。原因根据电机和变频器制造商的说法就是所谓的共模电压。在正常情况下,典型的三相正弦电源是平衡的和对称的,三相的矢量和总是等于零,中性点为零伏。然而,变频驱动器通过将该正弦线AC电压转换为DC,然后再转换为脉冲宽度调制(PWM)来工作。可变频率的交流电压,通过它可以控制电动机的速度。这些脉冲的开关频率范围可以从1kHz到20kHz,并且虽然电压可以在峰值幅度上平衡,但是这种变化使得不可能在瞬间实现各相之间的完美平衡。当发生这种情况时,中性点不再为零,而是可以定义为共模电压。变频器共模电压在电机轴中感应出电流,解释布朗,这是共模电流?这会导致问题。同样,这不是一个新问题。布朗回到了北海海上石油和天然气生产设备的早期阶段,大型3.3kV VFD系统通常没有接地,杂散电流问题成为原因。基本上,他说,有人发现,如果你没有平衡的供应,你就会以循环电流结束。可变频率驱动器可以引起循环电流已经有一段时间了解,但是这个问题似乎已经因为变频驱动器越来越受欢迎,即快速切换而变得更加恶化。绝缘栅双极晶体管(IGBT)VFD中常用的技术。正如布朗的同事,芬兰赫尔辛基ABB工业公司的VFD设计经理Matti Laitinen所解释的那样:现代电源产生的快速上升电压脉冲包含高频率,这些高频率会引发高频电流,这些高频电流会流过杂散电容。电机系统。这种电流是总共模电流的一部分,并遵循称为共模环路的路径。根据VFD系统架构和所使用的安装技术,可以在任何VFD系统中形成几个这样的环路,但它们都始于共模电压源,即逆变器本身。在这里,VFD直流母线的波动电位在非常高的脉冲频率下产生大电流,一种解决方法那么如何防止这些杂散电流咀嚼电机轴承呢?最简单但不一定是最便宜的方法是首先阻止它们流过轴承。换句话说,将轴承与轴电流隔离。这是SKF提供的选项,正如Snyder解释的那样:??我们有两种解决方案:一种是在轴承的外径[外径]上涂一层陶瓷涂层,这样可以抵抗任何试图通过它的电流,而另一种方法是用陶瓷球或滚子实际更换轴承内的滚动元件,实际上是相同的效果,但所有的绝缘材料都包含在轴承内,而不是在外面。第一个解决方案包括Insocoat系列。这些轴承的所有常见尺寸均为70 mm以上的孔径,在外圈或内圈上涂有标称100μm厚的氧化铝层,使用等离子喷涂技术涂覆。据说标准层厚度可以防止大多数电流通过问题。SKF的另一个选择是它的混合设计。这些轴承将氮化硅陶瓷滚动元件与钢环结合在一起。结果是更轻,更坚硬,更耐用的传统全钢轴承替代品,能够以更高的速度和更低的工作温度运行。据说陶瓷元件的天然绝缘特性使其成为大型变速电机的理想选择。标准型包括孔径为5 mm至110 mm的单列深沟球轴承,但SKF可以定制混合动力以满足特定的应用要求。??我们可以与最终用户一起尝试解决他们的问题,?? 斯奈德说,然后我们将把这些知识和经验带回给原始设备制造商(OEM),为他们提供增值产品,让他们放入他们的电机,但除非你能得到它,否则更难卖? ?拉通?来自最终用户。目前,由于电机制造商通常并未就变频驱动器可能存在的轴承问题大肆宣传,因此用户并没有做太大的努力,斯奈德说。??我们已经在市场上销售了六年的产品[Insocoat和Hybrid],但是随着越来越多的人开始意识到这个问题,他们最近才获得了动力。我们可能在[原始设备制造商]之前看到它,因为我们看到轴承回到我们身边。有时我们会在客户面前认识到这个问 没有理解根本原因。原始设备制造商也没有真正看到这些问题,因为电机正在通过改造车间,而OEM的反馈回路并不是现在的样子。人们经常说,对于每个问题都有解决方案,但对于这种解决方案,绝缘轴承也存在问题。可以很好地防止VFD共模电流流过轴承,但它们必须到达某个地方。这就是为什么ABB?s Brown说绝缘轴承只能安装在电机VFD轴的一端(非驱动轴承)上。(ABB提供绝缘轴承作为280以上框架尺寸电机的标准选项,但如果电机以恒定速度使用则不适合它们。)在轴的两端安装这样的轴承会导致问题因为杂散电流可以进入驱动设备。我们已经看到泵叶轮以这种方式被侵蚀的例子。另外一个观点:位于阿肯色州史密斯堡的Baldor Electric公司的John Malinowski提出了类似的观点:我们现在比过去更了解这种现象[杂散轴电流],并且只要正确的VFD安装,设置就可以减少它的发生和布线实践遵循。显然,在极少数情况下,凹槽仍然存在,或者用户希望通过建立安全边缘来确保他没有问题。这是在使用轴接地和隔离轴承时。两者都可以进行改装,但是对于轴承,电机轴必须与负载绝缘,因此它不会将电流传递到从动负载轴承中。Gozuk建议使用轴接地刷作为解决问题的最简单且最具成本效益的方法。它在250马力和更大的VFD或矢量VFD电机上标配接地电刷,这些电机专门设计为由变频驱动器供电。基于类似原理的操作是最近引入的伊利诺伊州Rock Island的Inpro / Seal的电动机接地密封(MGS)。绝缘轴承的替代方案是在轴电流到达轴承之前为轴电流提供接地路径。这是最近由伊利诺伊州Rock Island的Inpro / Seal推出的电机接地密封(MGS)背后的原理。与缅因州机械瀑布的静电技术(EST)一起开发,MGS基本上是一个轴承隔离器,或者迷宫式密封,包括EST的内置接地环和刷子。刷子包含完全围绕轴的微纤维,以释放流过它的任何电流。同样装置的EST版本被称为Aegis轴接地耦合器(SGC),据EST总经理Tony King称,它是同类产品中第一个提供解决两个重大行业挑战轴电流的产品消除和轴承隔离,同时提供真正具有革命性的免维护且经济高效的解决方案,并使所有其他技术过时。对于一个将基于电刷的电气连接视为无需维护的行业,这些都是大胆的主张。Aegis的核心是EST正在申请专利的电子传输技术,该公司称其有效地在电机轴和机架之间创造了一条超低电阻路径,以消除所有损坏的轴电流到地面。工程经理Willam Oh说,Aegis通过提供一个虚拟的短路解决了这个问题。轴和框架之间的轴电压和电流不能在第一个位置积累。建议显然,围绕变频器的使用存在潜在的问题,但大多数观察者都认为它仍然相对罕见且不可预测,尽管由于运行中变频驱动器的数量不断增加而变得更加明显。大卫科瓦尔不久前给出的建议,几乎可以肯定今天仍然有效:由EDM引起的轴承损伤不一定是慢性的或者仍然无法解释。了解产生哪些电压源以及哪些机器更容易受到EDM损坏,知道要问什么问题,了解如何通过目视检查和振动数据识别EDM损坏,以及获取轴对地电压和电流读数可以帮助对抗这种现象

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