Как определить, соответствует ли двигатель стандарту.
За годы использования в автомобильной промышленности термин “инверторный” для обозначения характеристики двигателя стал размытым. Всякий раз, когда кто-то упоминает инверторный двигатель, он обычно имеет в виду более высокий класс изоляции обмоток.
Однако этот термин означает гораздо больше, чем просто характеристика обмотки. Существует целый стандарт, содержащий рекомендации о том, каким должен быть инверторный двигатель. В этом стандарте Американского национального института стандартов (ANSI) / Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) MG1, часть 31, рассматриваются избыточные токи на валу из-за сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), двигателей, запускаемых с конденсаторами, рекомендации по подшипникам и даже экологические факторы.
Пример таблицы повышения температуры из стандарта ANSI/NEMA MG1-2016, часть 31 (изображения предоставлены компанией Energy Management Corporation)
Основные сведения: маркировка и окружающая среда
Чтобы определить, соответствует ли двигатель характеристикам инвертора согласно заводской табличке, пользователям следует ознакомиться с некоторой информацией. Во-первых, о многом говорит маркировка “инверторый режим”. Иногда используется надпись “VT/CT”, означающая переменный крутящий момент/постоянный крутящий момент, что также говорит о соответствии двигателя требованиям стандарта NEMA MG1, часть 31.
В рекомендациях стандарта NEMA предполагается, что двигатели с частотно-регулируемыми приводами будут эксплуатироваться в условиях, которые считаются нормальными. Чтобы считаться стандартным, двигатель должен иметь следующие характеристики:
- 7 200 вольт (В) и ниже
- установлен на высоте 1000 метров (м) (3 300 футов) и ниже
- температура окружающей среды от -15 C до +40 C (или более жесткие требования в зависимости от смазки подшипников)
- жесткозакрепленный
- без помех в вентиляции
Если характеристики двигателя не подпадают под категорию стандартных, пользователям следует проконсультироваться с производителем двигателя, чтобы узнать о его возможностях. На удивление часто установка двигателя не может считаться нормальной. На это могут влиять следующие факторы:
- загрязнение окружающей среды, например, грязь, влажность или радиация;
- эксплуатация в опасной среде, что означает наличие горючей или взрывоопасной пыли, газа или материалов;
- нестандартные воздействия на двигатель, включая сильные вибрации и боковые удары;
- воздействие на вал, чрезмерно быстрое или жесткое использование;
- области применения, требующие нескольких двигателей для каждого узла приводимого в действие оборудования.
Обмотки и изоляция
Изоляция двигателя должна выдерживать скачки напряжения, которые может передавать частотно-регулируемый привод, особенно если длина провода от частотно-регулируемого привода к двигателю превышает 100 футов. В таблицах в стандарте NEMA MG1, часть 31, содержатся точные требования к изоляции.
На практике изоляция напряжением 1600 В считается минимальной. Изоляция класса F с повышением температуры класса B считается минимальной в большинстве ситуаций, когда возможны импульсные скачки напряжения от частотно-регулируемого привода.
Подшипники и заземление
Частотно-регулируемые приводы также создают избыточные токи на валу, которые повреждают подшипники, вызывая образование питтинговой коррозии. В стандарте NEMA рекомендуется оснащать двигатели, у которых пиковое напряжение на валу превышает 300 милливольт, изолированными подшипниками на неприводной стороне. Гармоники, вызванные частотно-регулируемым приводом, также могут вызывать проблемы, если двигатель неправильно заземлен.
В стандарте упоминается несколько способов устранения проблем, связанных с избыточным напряжением на валу, включая:
- добавление фильтров;
- улучшение заземления системы;
- улучшение заземления вала.
Обычно лучше всего подходить к решению проблем по нескольким направлениям. Рекомендуется устанавливать кольцевое заземление вала на все двигатели с частотно-регулируемыми приводами. Более крупные или критически важные двигатели должны иметь изолированные подшипники в сочетании с кольцами заземления вала для продления срока службы.
Когда длина провода от частотно-регулируемого привода к двигателю превышает 100 футов, рекомендуется добавить фильтрацию выходных сигналов на самом частотно-регулируемом приводе. Зачастую для этого используют нагрузочный реактор или фильтр dV/dt при небольшой длине и полный синусоидальный фильтр при большой длине. Это также рекомендуется при длине кабеля менее 100 футов, когда двигатель играет особо важную роль или его трудно заменить, например, при работе в скважине.
Другие факторы
Эксплуатационный коэффициент двигателя определяет его способность время от времени работать при перегрузке. Многие двигатели имеют эксплуатационный коэффициент 1,15 или 1,25, что означает возможность перегрузки на 15% или 25%. Однако при работе с частотно-регулируемым приводом все двигатели должны иметь эксплуатационный коэффициент 1,0 в соответствии со стандартом NEMA.
В данном стандарт также содержится предупреждение о конденсаторах для регулировки коэффициента мощности и подавления перенапряжений между частотно-регулируемым приводом и двигателем. Наиболее распространенная проблема, с которой сталкиваются пользователи, заключается в установке частотно-регулируемого привода в систему, если раньше его не было, поскольку на двигателе могут быть конденсаторы для подавления перенапряжений, которые необходимо снять.
Что происходит в промышленности?
Хотя стандарт NEMA содержит множество рекомендаций, большинство производителей двигателей применяют более высокие стандарты. При минимальном значении напряжения изоляции 1600 В инверторные двигатели часто имеют стандартную изоляцию напряжением 2000 или 2200 В. Некоторые производители даже переходят на изоляцию класса H в определенных сериях двигателей. Многие используют метод двойного погружения и сушки для получения более прочного лака.
Что касается частотно-регулируемых приводов, многие производители адаптируют фильтрацию на выходе к конкретному применению. Современные технологические достижения позволили значительно улучшить фильтрацию в реакторах, часто сопоставимую с фильтрами dV/dt. Фильтры синусоидальных колебаний становятся все более распространенными по мере объединения помещений с электрооборудованием в чистых зонах предприятий и увеличения длины кабелей.
Что должны делать пользователи?
Частотно-регулируемый привод — отличный способ улучшить контроль за процессом, сэкономить энергию и даже выполнять некоторые механические задачи, такие как удаление засоров в системе водоснабжения. По мере их использования пользователи могут столкнуться с увеличением числа случаев повреждения двигателя. Есть несколько шагов, которые следует предпринять, чтобы увеличить срок службы двигателей с частотно-регулируемыми приводами.
Во-первых, убедитесь, что двигатели действительно работают в инверторном режиме в соответствии со стандартом NEMA MG1, часть 31, что изоляция, подшипники, заземление соответствуют требованиям. Во-вторых, убедитесь, что используются дополнительные средства защиты, такие как изолированные подшипники, кольца заземления вала и фильтры на выходе частотно-регулируемых приводов.
В-третьих, обсудите проблемы непосредственно с поставщиками двигателей или производителями. Во многих системах водоснабжения используют двигатели только время от времени, тогда как поставщики двигателей работают с ними ежедневно. Они смогут быстро помочь выявить проблемы, которые, возможно, были упущены из виду.
Крейг Эллиотт — менеджер по выпуску продукции в компании Energy Management Corporation. В сотрудничестве с производителями двигателей и специалистами электроцехов он накопил многолетний опыт и разработал широкий спектр областей применения двигателей. Крейг Эллиот помогает пользователям подобрать подходящий двигатель для любых сфер применения.
