Động cơ bị hỏng nhanh chóng, và bộ biến tần hoạt động như một con quỷ? Hãy cùng tìm hiểu bí mật giữa động cơ và bộ biến tần trong bài viết này!

Trang chủ > Tin tức > Máy sấy hấp thụ và quy trình sấy khô khí nén

Động cơ bị biến tần gây hỏng nhanh chóng.Hãy cùng tìm hiểu mỗi quan hệ giữa động cơ và biến tần trong bài viết này!

Nhiều người đã phát hiện ra hiện tượng biến tần gây hư hại cho động cơ. Ví dụ, tại một nhà máy sản xuất máy bơm nước, trong hai năm qua, người dùng thường xuyên báo cáo rằng máy bơm nước bị hỏng trong thời gian bảo hành. Trước đây, chất lượng sản phẩm của nhà máy này rất đáng tin cậy. Sau khi điều tra, người ta phát hiện ra rằng tất cả các máy bơm nước bị hỏng này đều được điều khiển bằng biến tần.

Sự xuất hiện của 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 hầu như không thể tách rời khỏi biến tần. Ngay cả trong cuộc sống hàng ngày, thang máy và điều hòa không khí biến tần đã trở thành những bộ phận không thể thiếu. Biến tần đã bắt đầu thâm nhập vào mọi ngóc ngách của sản xuất và cuộc sống. Tuy nhiên, 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 gây hư hỏng động cơ. Ví dụ, tại một nhà máy sản xuất máy bơm nước, trong hai năm qua, người dùng thường xuyên báo cáo rằng máy bơm nước bị hư 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 rằng tất cả các máy bơm nước bị hư hỏng này đều được điều khiển bằng biến tần.
Mặc dù hiện tượng biến tần gây hư hỏng động cơ ngày càng thu hút sự chú ý, nhưng mọi người vẫn chưa biết cơ chế của hiện tượng này, chứ chưa nói đến cách phòng ngừa. Mục đích của bài viết này là để giải quyết những thắc mắc đó.
* Hư hỏng động cơ do biến tần:
1. Hư hỏng động cơ do biến tần gây ra bao gồm hai khía cạnh: hư hỏng cuộn dây stato và hư hỏng ổ bi, như thể hiện trong Hình 1. Loại hư hỏng này thường xảy ra trong vòng vài tuần đến mười tháng, và thời gian cụ thể phụ thuộc vào thương hiệu biến tần, thương hiệu động cơ, công suất động cơ, tần số sóng mang của biến tần, chiều dài cáp nối giữa biến tần và động cơ, và nhiệt độ môi trường xung quanh. Có rất nhiều yếu tố liên quan.
2. Hư hỏng động cơ sớm gây ra thiệt hại kinh tế lớn cho sản xuất của doanh nghiệp. Loại thiệt hại này không chỉ là chi phí sửa chữa và thay thế động cơ, mà quan trọng hơn, là thiệt hại kinh tế do việc ngừng sản xuất đột xuất. Do đó, khi sử dụng biến tần để điều khiển động cơ, cần phải đặc biệt chú ý đến vấn đề hư hỏng động cơ.
* Sự khác biệt giữa biến tần và biến tần công nghiệp

Để hiểu cơ chế tại sao động cơ biến tần dễ bị hư hỏng hơn khi sử dụng biến tần, trước tiên cần hiểu sự khác biệt giữa điện áp của động cơ được điều khiển bằng biến tần và điện áp biến tần công nghiệp. Sau đó, tìm hiểu xem sự khác biệt này có thể ảnh hưởng xấu đến động cơ như thế nào.
Cấu trúc cơ bản của biến tần bao gồm hai phần, mạch chỉnh lưu và mạch biến tần. Mạch chỉnh lưu là mạch đầu ra điện áp DC bao gồm các điốt thông thường và tụ lọc, và mạch biến tần chuyển đổi điện áp DC thành dạng sóng điện áp điều chế độ rộng xung (điện áp PWM). Do đó, dạng sóng điện áp của động cơ được điều khiển bằng biến tần là dạng sóng xung với độ rộng xung thay đổi, chứ không phải dạng sóng điện áp hình sin. Việc điều khiển động cơ bằng điện áp xung là nguyên nhân gốc rễ gây ra hiện tượng động cơ dễ bị hư hỏng.

3. Cơ chế gây hư hỏng cuộn dây stato động cơ do biến tần
Khi điện áp xung được truyền trên cáp, nếu trở kháng của cáp không khớp với trở kháng của tải, hiện tượng phản xạ sẽ xảy ra ở đầu tải. Kết quả của sự phản xạ là sóng tới và sóng phản xạ chồng chất lên nhau tạo thành điện áp cao hơn. Biên độ của nó có thể đạt tối đa gấp đôi điện áp bus DC, tức là khoảng gấp ba lần điện áp đầu vào của biến tần. Điện áp đỉnh quá mức được thêm vào cuộn dây stato động cơ, gây ra hiện tượng sốc điện cho cuộn dây, và các cú sốc quá điện áp thường xuyên sẽ khiến động cơ bị hỏng sớm.
4. Sau khi động cơ được điều khiển bởi biến tần bị ảnh hưởng bởi điện áp đỉnh, tuổi thọ thực tế của nó liên quan đến nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, ô nhiễm, rung động, điện áp, tần số sóng mang và quá trình cách điện cuộn dây. Tần số sóng mang của biến tần càng cao, dạng sóng dòng điện đầu ra càng gần với dạng sóng sin, điều này sẽ làm giảm nhiệt độ hoạt động 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 mỗi giây lớn hơn, và số lần giật điện đến động cơ cũng lớn hơn.

Ảnh hưởng của tần số sóng mang đến cách điện
Nhiệt độ động cơ càng cao, tuổi thọ cách điện càng ngắn, như thể hiện trong Hình 5, khi nhiệt độ tăng lên 75°C, tuổi thọ của động cơ chỉ còn 50%. Đối với động cơ được điều khiển bằng biến tần, vì điện áp PWM chứa nhiều thành phần tần số cao hơn, nhiệt độ của động cơ sẽ cao hơn nhiều so với động cơ được điều khiển bằng điện áp tần số nguồn.
Cơ chế biến tần gây hư hỏng ổ bi động cơ
Lý do biến tần gây hư hỏng ổ bi động cơ là do có dòng điện chạy qua ổ bi, và dòng điện này ở trạng thái kết nối gián đoạn. Mạch kết nối gián đoạn sẽ tạo ra hồ quang, và hồ quang sẽ làm cháy ổ bi.
Có hai nguyên nhân chính gây ra dòng điện chạy trong ổ bi của động cơ AC. Thứ nhất, điện áp cảm ứng được tạo ra do sự mất cân bằng của trường điện từ bên trong, và thứ hai, đường dẫn dòng điện tần số cao do điện dung ký sinh gây ra.
Từ trường bên trong động cơ cảm ứng xoay chiều lý tưởng là đối xứng. Khi dòng điện của ba cuộn dây pha bằng nhau và pha lệch nhau 120°, sẽ không có điện áp cảm ứng trên trục động cơ. Khi điện áp PWM do biến tần tạo ra làm cho từ trường bên trong động cơ không đối xứng, một điện áp sẽ được cảm ứng trên trục. Điện áp này nằm trong khoảng 10~30V, liên quan đến điện áp kích thích. Điện áp kích thích càng cao, điện áp trên trục càng lớn. Khi giá trị điện áp này vượt quá độ bền điện môi của dầu bôi trơn trong ổ trục, một 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 sẽ ngăn dòng điện lại. Quá trình này tương tự như quá trình bật/tắt của một công tắc cơ khí. Trong quá trình này, một hồ quang sẽ được tạo ra, làm ăn mòn bề mặt của trục, bi và ổ trục, tạo thành các vết rỗ. Nếu không có rung động bên ngoài, các vết lõm nhỏ sẽ không gây ảnh hưởng nhiều, nhưng nếu có rung động bên ngoài, các rãnh sẽ được tạo ra, ảnh hưởng lớn đến hoạt động của động cơ.
Ngoài ra, các thí nghiệm đã chỉ ra rằng 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, điện áp trên trục càng cao và càng gây hư hại nghiêm trọng cho ổ bi.
Ở giai đoạn đầu hoạt động của động cơ, khi nhiệt độ dầu bôi trơn thấp, dòng điện nằm trong khoảng 5-200mA, dòng điện nhỏ như vậy sẽ không gây hư hại cho ổ bi. Tuy nhiên, khi động cơ hoạt động trong một thời gian, khi nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên, dòng điện đỉnh sẽ đạt 5-10A, gây ra hiện tượng phóng điện và tạo thành các vết rỗ nhỏ trên bề mặt các bộ phận của ổ bi.
Bảo vệ cuộn dây stato động cơ
Khi chiều dài cáp vượt quá 30 mét, các 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 phương án để ngăn ngừa hư hại cho 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 biến tần), và phương án khác là thực hiện các biện pháp để giảm điện áp đỉnh. Biện pháp thứ nhất phù hợp với các dự án xây dựng mới, còn biện pháp thứ hai phù hợp với việc cải tạo các động cơ hiện có.
Hiện nay, các phương pháp bảo vệ động cơ thường được sử dụng như sau:
1) Lắp đặt cuộn cảm 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 hiệu quả nhất định đối với các đoạn cáp ngắn (dưới 30 mét), nhưng đôi khi hiệu quả không lý tưởng.
2) Lắp đặt bộ lọc dv/dt ở đầu ra của bộ biến tần: Biện pháp này phù hợp với các trường hợp chiều dài cáp nhỏ hơn 300 mét, và giá thành cao hơn một chút so với cuộn cảm, nhưng hiệu quả được cải thiện đáng kể.
3) Lắp đặt bộ lọc sóng sin ở đầu ra của bộ biến tần: Biện pháp này là lý tưởng nhất. Bởi vì ở đây, điện áp xung PWM được chuyển đổi thành điện áp sóng sin, động cơ hoạt động trong cùng điều kiện với điện áp tần số nguồn, và vấn đề điện áp đỉnh đã được giải quyết hoàn toàn (bất kể cáp dài bao nhiêu, sẽ không có điện áp đỉnh).
4) Lắp đặt bộ hấp thụ xung điện áp tại giao diện giữa cáp và động cơ: nhược điểm của các biện pháp trước đó là khi công suất động cơ lớn, cuộn cảm hoặc bộ lọc có kích thước và trọng lượng lớn, và giá thành tương đối cao. Ngoài ra, cả cuộn cảm và bộ lọc đều gây ra hiện tượng sụt áp nhất định, ảnh hưởng đến mô-men xoắn đầu ra của động cơ. Sử dụng bộ hấp thụ xung điện áp biến tần có thể khắc phục những nhược điểm này. Bộ hấp thụ xung điện áp SVA do Tập đoàn Khoa học và Công nghiệp Hàng không Vũ trụ số 2 (706) phát triển sử dụng công nghệ điện tử công suất tiên tiến và công nghệ điều khiển thông minh, là thiết bị lý tưởng để giải quyết vấn đề hư hỏng động cơ. Thêm vào đó, bộ hấp thụ xung điện áp SVA còn bảo vệ ổ bi của động cơ.

Bộ hấp thụ xung điện áp là một loại thiết bị bảo vệ động cơ mới. Kết nối các đầu vào nguồn của động cơ song song.
1) Mạch phát hiện xung điện áp phát hiện biên độ điện áp trên đường dây nguồn của động cơ theo thời gian thực;
2) Khi biên độ điện áp phát hiện vượt quá ngưỡng đã đặt, điều khiển mạch đệm năng lượng xung để hấp thụ năng lượng của xung điện áp;
3) Khi năng lượng của xung điện áp đầy trong mạch đệm năng lượng xung, van điều khiển hấp thụ năng lượng xung được mở ra, để năng lượng xung trong mạch đệm được xả vào bộ hấp thụ xung, và năng lượng điện được chuyển hóa thành năng lượng nhiệt;
4) Bộ giám sát nhiệt độ theo dõi nhiệt độ của bộ hấp thụ năng lượng đỉnh. Khi nhiệt độ quá cao, van điều khiển hấp thụ năng lượng đỉnh sẽ được đóng lại để giảm lượng năng lượng hấp thụ (trên cơ sở đảm bảo động cơ được bảo vệ), nhằm ngăn ngừa bộ hấp thụ điện áp đỉnh bị quá nhiệt và gây hư hỏng;
5) Chức năng của mạch hấp thụ dòng điện 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 sin và các phương pháp bảo vệ động cơ khác đã đề cập ở trên, bộ hấp thụ đỉnh có ưu điểm lớn nhất là kích thước nhỏ, giá thành thấp và dễ lắp đặt (lắp đặt song song). Đặc biệt trong trường hợp công suất cao, ưu điểm của bộ hấp thụ đỉnh về giá cả, thể tích và trọng lượng rất nổi bật. Ngoài ra, vì được lắp đặt song song nên sẽ không có sự sụt giảm điện áp, trong khi sẽ có một số sụt giảm điện áp nhất định trên bộ lọc du/dt và bộ lọc sóng sin, và sự sụt giảm điện áp của bộ lọc sóng sin gần 10%, điều này sẽ làm giảm mô-men xoắn của động cơ.

Tư vấn giải pháp máy nén khí cho bạn

Với các sản phẩm chuyên nghiệp, giải pháp khí nén tiết kiệm năng lượng và đáng tin cậy, cùng mạng lưới phân phối hoàn chỉnh và dịch vụ giá trị gia tăng lâu dài, chúng tôi đã giành được sự tin tưởng và hài lòng của khách hàng trên toàn thế giới.

Thông tin liên hệ

Dịch vụ

Liên hệ

Giới thiệu