O motor realmente não queimará se um conversor de frequência for usado?
1 Danos causados por carga anormal
É verdade que o circuito de proteção do inversor já está bastante completo. Para a proteção do módulo inversor caro, cada fabricante de inversor tem feito muito trabalho em seu circuito de proteção, desde a detecção de corrente de saída até a detecção de queda de tensão do tubo IGBT do circuito de acionamento, e se esforça para implementar a proteção de sobrecarga mais rápida com a resposta mais rápida velocidade!
Da detecção de tensão à detecção de corrente, da detecção de temperatura do módulo à detecção de perda de fase na saída, etc., não existe um circuito de proteção elétrica tão focado e dedicado quanto o inversor. Quando o vendedor do inversor menciona o desempenho do inversor, ele também deve mencionar a função de proteção do inversor, e muitas vezes promete inconscientemente ao usuário: Com o inversor, sua função de proteção abrangente, seu motor não queimará facilmente. Este vendedor não sabia que esta promessa lhe traria uma grande passividade!
O motor realmente não queimará ao usar um conversor de frequência? Minha resposta é: em comparação com a fonte de alimentação em frequência industrial, é mais provável que o motor queime ao usar um conversor de frequência, e a fácil queima do motor torna o módulo inversor do conversor de frequência também fácil de "descartar" juntos. O circuito sensível de proteção contra sobrecorrente do conversor de frequência é inútil aqui e não desempenha qualquer função. Esta é uma das principais causas externas de danos ao módulo conversor de frequência. Deixe-me contar o motivo.
Um motor pode funcionar no estado de frequência de energia. Embora a corrente de funcionamento seja ligeiramente maior que a corrente nominal, há um certo aumento de temperatura após operação de longo prazo. Este é um motor doente. Na verdade, ele pode funcionar antes de queimar. Mas depois de conectar ao conversor de frequência, ele ficará frequentemente sobrecarregado e não poderá funcionar. Isso não é grande coisa.
Um motor pode funcionar no estado de frequência de energia. Os usuários o usam normalmente há muitos anos. Preste atenção à palavra "muitos anos". Os usuários desejam economizar nas contas de eletricidade ou precisam realizar transformações de conversão de frequência devido à transformação do processo. Mas depois de conectar ao conversor de frequência, as falhas do OC irão saltar frequentemente. Isso é bom. A proteção é desligada e o módulo não está quebrado.
O mais assustador é que o inversor não disparou imediatamente para a falha OC, mas sem motivo durante a operação - após apenas três ou dois dias de operação, o módulo explodiu e o motor queimou. O usuário culpou o vendedor: O inversor que você instalou era de má qualidade e queimou meu motor, então você tem que compensar meu motor!
Antes disso, o motor parecia estar muito bem e funcionava bem. A corrente de funcionamento foi medida e, como a carga era leve, atingiu apenas metade da corrente nominal; a fonte de alimentação trifásica foi medida, 380V, e estava muito balanceada e estável. Realmente parece que o inversor foi danificado e o motor também.
Se eu estivesse lá, seria justo assim: não culpe o inversor, é o seu motor que já está “doente terminal” e de repente quebrou, e o inversor foi danificado!
O isolamento dos enrolamentos do motor foi bastante reduzido devido ao aumento da temperatura operacional do motor e à umidade, e ainda apresenta defeitos óbvios de isolamento, que estão no ponto crítico de quebra de tensão. Sob a condição de fonte de alimentação de frequência de energia, a entrada do enrolamento do motor é uma tensão de onda senoidal trifásica de 50 Hz, a tensão induzida gerada pelo enrolamento também é baixa e o componente de sobretensão na linha é pequeno. A redução no isolamento do motor pode trazer apenas uma "corrente de fuga" imperceptível, mas o fenômeno de quebra de tensão ainda não ocorreu entre as espiras e fases do enrolamento, e o motor ainda está "operando normalmente".
Deve-se dizer que à medida que o grau de envelhecimento do isolamento se aprofunda ainda mais, mesmo que ainda esteja sob alimentação de frequência elétrica, acredita-se que em um futuro próximo, o motor acabará queimando devido à quebra de tensão entre fases ou enrolamentos causada por envelhecimento do isolamento. Mas o problema é que ainda não queimou.
Após a conexão ao inversor, as condições de alimentação do motor tornaram-se "ruins": a forma de onda PWM emitida pelo inversor é na verdade uma tensão portadora de vários kHz ou até mais de dez kHz, e vários componentes da tensão harmônica também serão gerado no circuito de alimentação do enrolamento do motor.
A partir das características da indutância, pode-se observar que quanto mais rápida for a velocidade de mudança da corrente que flui através do indutor, maior será a tensão induzida do indutor. A tensão induzida do enrolamento do motor é superior à da fonte de alimentação de frequência elétrica (conta pública: Pump Butler). Os defeitos de isolamento que não podem ser expostos durante a alimentação de frequência elétrica não são capazes de suportar o impacto da tensão induzida sob a portadora de alta frequência, de modo que ocorre a quebra de tensão entre as espiras ou fases do enrolamento. O curto-circuito entre as fases e espiras do enrolamento do motor causou um curto-circuito repentino no enrolamento do motor. Durante a operação, o módulo explodiu e o motor queimou.
No estágio inicial de partida do inversor, como a frequência e a tensão de saída estão ambas dentro de uma amplitude relativamente baixa, quando há uma falha no motor de carga, embora seja causada uma grande corrente de saída, essa corrente geralmente está dentro do valor nominal, o circuito de detecção de corrente é ativado a tempo e o inversor implementa uma ação de desligamento de proteção e o módulo não corre risco de explosão.
No entanto, se a tensão e a frequência de saída trifásica atingirem uma alta amplitude ao operar em velocidade máxima (ou perto da velocidade máxima), se houver quebra de tensão no enrolamento do motor neste momento, uma enorme corrente de surto será formada instantaneamente, e o módulo inversor não será capaz de suportá-lo e explodirá e será danificado antes que o circuito de detecção de corrente seja ativado.
A partir disso, pode-se perceber que o circuito de proteção não é onipotente, e qualquer circuito de proteção tem suas “costelas fracas”. O inversor é impotente contra a quebra repentina de tensão do enrolamento do motor durante a operação em velocidade total e não pode desempenhar um papel de proteção eficaz. Não apenas o circuito de proteção do inversor, mas qualquer protetor de motor não pode fornecer proteção eficaz contra tais falhas repentinas. Quando tais falhas repentinas ocorrem, só pode ser declarado que o motor realmente “morreu”.
Este tipo de falha é um golpe fatal para o módulo de saída do inversor e não há como escapar.
Outras razões causadas pela fonte de alimentação ou carga, como sobretensão, subtensão, carga pesada ou mesmo sobrecorrente causada por travamento, podem proteger efetivamente a segurança do módulo sob a premissa de que o circuito de proteção do inversor está normal, e a probabilidade de danos ao módulo será bastante reduzida. Não vou discutir isso aqui.
2. Danos ao módulo causados por circuito inversor defeituoso
1. Circuito de acionamento defeituoso causará danos primários ao módulo
A partir do modo de alimentação do circuito de acionamento, pode-se observar que ele geralmente é alimentado por fontes de alimentação positivas e negativas. +15A tensão V fornece a tensão de excitação do tubo IGBT para ligá-lo. -5V fornece a tensão de corte do tubo IGBT para torná-lo confiável e rápido. Quando a tensão +15V é insuficiente ou perdida, o tubo IGBT correspondente não pode ser ligado. Se o circuito de detecção de falhas do módulo do circuito de acionamento também puder detectar o tubo IGBT, o circuito de detecção de falhas do módulo poderá relatar o sinal OC assim que o inversor for colocado em operação, e o inversor implementará a ação de desligamento de proteção, que é quase inofensiva para o módulo.
Caso a tensão negativa de corte -5V seja insuficiente ou perdida (assim como a ponte retificadora trifásica, podemos primeiro considerar o circuito de saída do inversor como uma ponte inversora, e os tubos IGBT formam três braços superiores da ponte e três braços de ponte inferiores, como os tubos IGBT do braço da ponte superior da fase U e do braço da ponte inferior da fase U.), quando o braço da ponte superior (inferior) de qualquer fase é estimulado e ligado, o braço inferior correspondente (superior) ponte O tubo IGBT do braço será carregado pela capacitância da junção coletor-porta do tubo IGBT para a capacitância da junção portão-emissor devido à perda da tensão negativa de corte, resultando na má condução do tubo e dos dois tubos causar um curto-circuito na fonte de alimentação CC! A consequência é: os módulos explodem!
A perda de tensão negativa no corte pode ser causada por danos ao IC do driver, danos ao tubo inferior do estágio do driver de energia (geralmente composto de amplificador de potência seguidor de tensão complementar de dois estágios) após o IC do driver, conexão ruim do terminal de disparo, ou ramal negativo ruim da fonte de alimentação do circuito do driver ou falha do capacitor do filtro da fonte de alimentação. Quando qualquer um dos fenômenos acima ocorrer, será um golpe fatal para o módulo! É irreversível.
2. Um caminho de transmissão de pulso ruim também representará uma ameaça ao módulo. A saída de pulso do inversor PWM do canal 6-pela CPU é frequentemente enviada para o pino de entrada do IC do driver através de seis buffers inversores (fase comum), da CPU para o IC do driver e, em seguida, para o terminal de disparo do módulo inversor. Se um dos 6 sinais for interrompido, o inversor poderá reportar uma falha OC. A queda de tensão dos tubos IGBT nos três braços inferiores da ponte do inversor é detectada e processada pelo circuito de detecção de falhas do módulo quando ele é ligado. Os tubos IGBT nos três braços superiores da ponte possuem detecção de queda de tensão do tubo em um pequeno número de inversores, e o circuito de detecção de queda de tensão do tubo é omitido na maioria dos inversores. Quando o tubo IGBT que perde o pulso de excitação possui um circuito de detecção de queda de tensão do tubo, após a perda do pulso de excitação, o circuito de detecção reportará uma falha OC e o inversor será desligado para proteção; (2) O inversor pode apresentar desvio de fase. O tubo IGBT que perde o pulso de excitação é o tubo sem circuito de detecção de queda de tensão do tubo. Existe apenas a pressão negativa de corte, o que pode torná-la cortada de forma confiável. O braço da ponte de fase possui saída apenas de meia onda, o que faz com que o inversor funcione em desvio de fase. Como resultado, um componente DC é gerado no enrolamento do motor, que também forma um grande surto de corrente (conta pública: Pump Butler), fazendo com que o módulo seja impactado e danificado! No entanto, a probabilidade de dano é menor que o primeiro motivo.
Se esse caminho de transmissão de pulso for sempre interrompido, mesmo que o circuito de falha do módulo não possa desempenhar um papel, o circuito de detecção de corrente, como o indutor mútuo, pode desempenhar um papel e também pode desempenhar um papel de proteção. Porém, teme-se que este caminho de transmissão seja desconectado de vez em quando devido a falhas como mau contato, podendo até mesmo ter desconexão aleatória. O circuito de detecção de corrente é inexplicável e não tem tempo de reagir, fazendo com que o inversor cause saída de “desvio de fase intermitente”, formando uma grande corrente de impacto e danificando o módulo. O motor irá "saltar" neste estado de saída, emitindo um som de "clique", e a geração e perda de calor aumentarão significativamente, e também é fácil de ser danificado.
3. O circuito de detecção de corrente e o circuito de detecção de temperatura do módulo falham ou falham, e o módulo não pode proteger eficazmente contra sobrecorrente e superaquecimento, causando danos ao módulo.
4. Depois que a capacidade do capacitor de armazenamento de energia do circuito CC principal diminui ou perde capacidade, o componente pulsante da tensão do circuito CC aumenta. Depois que o inversor é iniciado, não é óbvio em condições sem carga e sem carga, mas durante o processo de partida com carga, a tensão do circuito aumenta, o módulo do inversor explode e é danificado, e o circuito de proteção também fica perdido
Para inversores que estão funcionando há muitos anos, após o módulo ser danificado, a inspeção da capacidade do capacitor de armazenamento de energia do circuito CC não pode ser ignorada. A perda total de capacitância é rara, mas quando acontecer, causará danos ao módulo inversor durante o processo de inicialização da carga, o que também é certo!
3. Um pequeno número de inversores domésticos de baixa qualidade e acabamento de má qualidade possuem módulos que são extremamente fáceis de danificar. Sim, nos últimos anos, a concorrência no mercado de inversores tornou-se cada vez mais acirrada e a margem de lucro dos inversores tornou-se cada vez mais estreita, mas a competitividade dos seus próprios produtos pode ser melhorada através do progresso tecnológico e da melhoria da produtividade. Não é sensato aumentar a sua quota de mercado utilizando produtos antigos como novos, produtos inferiores como bons e reduzindo a capacidade do módulo para poupar custos. É um comportamento míope e de curto prazo. 1. Má qualidade e acabamento de má qualidade aumentam a taxa de falha do circuito de proteção contra falhas do inversor. O módulo inversor não pode ser protegido de forma eficaz pelo circuito de proteção, aumentando assim a probabilidade de danos ao módulo. 2. A seleção de capacidade do módulo inversor geralmente deve atingir mais de 2,5 vezes a corrente nominal para garantir uma operação segura a longo prazo. Por exemplo, um inversor de 30kW com corrente nominal de 60A deve utilizar um módulo de 150A a 200A. Usar 100A é muito pequeno. Mas alguns fabricantes se atrevem a usar módulos 100A para instalação! O que é pior, também há quem utilize módulos antigos e inferiores. Este tipo de inversor não só é fácil de danificar o módulo durante a operação, mas também explode frequentemente durante o processo de inicialização! O pessoal que instalou esse tipo de inversor no local ficou com medo e usou uma vara de madeira para pressionar à distância o botão de partida no painel de operação.
O módulo com pequena capacidade deve funcionar mal. O módulo está sobrecarregado e o circuito de proteção torna-se inútil (protegido pela capacidade de potência marcada do inversor em vez do valor real da capacidade do módulo). É realmente anormal que o módulo não exploda com frequência.
Esse tipo de máquina parece muito “quente” quando é listada pela primeira vez por causa de seu preço baixo, mas não demorará muito para que o fabricante vá à falência.
Esta terceira razão para danos ao módulo não deveria ser uma razão. Espero que, num futuro próximo, as causas dos danos ao módulo sejam apenas as duas primeiras.
Para inversores domésticos, às vezes um grão de fezes de rato estraga toda a panela de sopa. Muitos inversores ainda são bons, não inferiores aos produtos estrangeiros e de alta qualidade e preço baixo.
