I motori a corrente alternata (CA) sono ampiamente utilizzati in vari settori, come la produzione industriale, i trasporti e le case intelligenti, grazie ai vantaggi di struttura semplice, elevata affidabilità e basso costo. La tecnologia di regolazione della velocità a frequenza variabile è diventata il metodo più diffuso per la regolazione della velocità dei motori a corrente alternata, poiché consente di ottenere un controllo preciso della velocità del motore e di migliorare significativamente l'efficienza energetica. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, i motori a corrente alternata sono soggetti a surriscaldamento e sovraccarico durante la regolazione della velocità a frequenza variabile, il che non solo riduce l'efficienza operativa del motore, ma può anche ridurne la durata utile e persino causare guasti alle apparecchiature. Chiarire le cause di questo fenomeno e adottare misure mirate per contrastarlo è di fondamentale importanza per garantire il funzionamento stabile e affidabile dei motori a corrente alternata.
1. Cause principali di surriscaldamento e sovraccarico nei motori CA durante la regolazione della velocità a frequenza variabile
Il verificarsi di surriscaldamento e sovraccarico nei motori CA durante la regolazione della velocità a frequenza variabile è il risultato dell'effetto combinato di molteplici fattori, e le cause principali possono essere riassunte nei seguenti tre punti: In primo luogo, aumento delle perdite armoniche. L'uscita dell'inverter non è un'onda sinusoidale ideale, ma una forma d'onda a modulazione di larghezza di impulso (PWM), che contiene un gran numero di armoniche di ordine elevato. Queste armoniche generano ulteriori perdite armoniche negli avvolgimenti dello statore, nelle barre del rotore e nel nucleo di ferro del motore, e le perdite armoniche vengono convertite in calore, con conseguente aumento della temperatura del motore. Soprattutto nelle condizioni di regolazione della velocità a bassa frequenza, il contenuto armonico della tensione di uscita dell'inverter è maggiore e le perdite armoniche sono più evidenti, il che può facilmente causare surriscaldamento e sovraccarico. In secondo luogo, saturazione magnetica e aumento delle perdite nel ferro. Durante la regolazione della velocità a frequenza variabile, per garantire un flusso magnetico costante del motore, viene solitamente adottata la strategia di controllo del "rapporto tensione-frequenza costante". Tuttavia, nell'intervallo di bassa frequenza, la caduta di tensione della resistenza statorica del motore è relativamente significativa; se non viene eseguita alcuna compensazione della tensione, il flusso magnetico effettivo sarà insufficiente. D'altra parte, una compensazione eccessiva causerà saturazione magnetica, che aumenterà notevolmente la perdita per isteresi e la perdita per correnti parassite (collettivamente denominate perdite nel ferro) del nucleo di ferro. L'aumento delle perdite nel ferro intensifica direttamente il riscaldamento del motore. In terzo luogo, riduzione dell'efficienza del sistema di raffreddamento. Il sistema di raffreddamento dei motori CA (come le ventole) è per lo più collegato rigidamente all'albero motore e il suo volume d'aria di raffreddamento è proporzionale alla velocità del motore. In condizioni di bassa frequenza di regolazione della velocità a frequenza variabile, la velocità del motore diminuisce, la velocità della ventola diminuisce di conseguenza, il volume d'aria di raffreddamento si riduce notevolmente, il calore generato dal motore non può essere dissipato in tempo e l'accumulo di calore provoca un aumento della temperatura del motore, attivando così la protezione da sovraccarico.
2. Mezzi tecnici per sopprimere il surriscaldamento e il sovraccarico
Alla luce di quanto sopra, è possibile utilizzare i seguenti accorgimenti tecnici per sopprimere efficacemente il fenomeno di surriscaldamento e sovraccarico dei motori CA durante la regolazione della velocità a frequenza variabile: in primo luogo, ottimizzare la strategia di controllo dell'inverter per ridurre le perdite armoniche. Da un lato, adottare una tecnologia di modulazione PWM ad alte prestazioni, come la modulazione di larghezza di impulso vettoriale spaziale (SVPWM). Rispetto alla tradizionale modulazione di larghezza di impulso sinusoidale (SPWM), la SVPWM può ridurre efficacemente il contenuto armonico della tensione di uscita dell'inverter e ridurre le perdite armoniche. Dall'altro, implementare la compensazione della tensione nell'intervallo di bassa frequenza. Calcolando accuratamente la caduta di tensione della resistenza dello statore, aumentare opportunamente la tensione di uscita dell'inverter per garantire un flusso magnetico costante ed evitare maggiori perdite nel ferro causate dalla saturazione magnetica. Inoltre, alcuni inverter di fascia alta sono dotati di funzioni di soppressione delle armoniche, che possono ulteriormente attenuare l'impatto delle armoniche attraverso filtri integrati. In secondo luogo, migliorare il sistema di raffreddamento del motore per aumentare l'efficienza di dissipazione del calore. Per i motori che funzionano a basse frequenze per lungo tempo, è possibile utilizzare una ventola di raffreddamento azionata in modo indipendente. La ventola è alimentata da un alimentatore dedicato, indipendente dalla velocità del motore, garantendo un volume d'aria di raffreddamento stabile a qualsiasi velocità. Allo stesso tempo, la struttura di dissipazione del calore del motore può essere ottimizzata, ad esempio aumentando il numero di dissipatori di calore, utilizzando materiali di dissipazione del calore ad alta efficienza o installando dispositivi di raffreddamento forzato (come tubi dell'acqua di raffreddamento e ventole di dissipazione del calore) sull'alloggiamento del motore per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore. In terzo luogo, selezionare motori speciali a frequenza variabile per adattarsi ai requisiti di regolazione della velocità dalla fonte. I motori speciali a frequenza variabile sono progettati tenendo conto delle caratteristiche della regolazione della velocità a frequenza variabile, adottando una minore resistenza dello statore, materiali del nucleo in ferro migliori e strutture di avvolgimento, che possono ridurre efficacemente le perdite armoniche e le perdite nel ferro. Allo stesso tempo, i loro sistemi di raffreddamento sono per lo più progettati in modo indipendente per garantire effetti di dissipazione del calore a diverse velocità. Rispetto ai normali motori a corrente alternata, il problema di riscaldamento dei motori speciali a frequenza variabile in condizioni di regolazione della velocità a frequenza variabile è significativamente migliorato e la capacità di sovraccarico è maggiore. In quarto luogo, monitoraggio in tempo reale e protezione intelligente per prevenire i rischi di sovraccarico. Installare sensori di temperatura e sensori di corrente nel sistema di controllo del motore per monitorare in tempo reale parametri chiave come la temperatura degli avvolgimenti del motore e la corrente dello statore. Quando la temperatura monitorata supera la soglia o si verifica un sovraccarico di corrente, l'inverter adotta automaticamente misure di protezione come la riduzione della frequenza e del carico per evitare danni al motore causati dal riscaldamento continuo. Allo stesso tempo, è possibile ottenere una distribuzione dinamica bilanciata dei carichi attraverso l'ottimizzazione algoritmica del sistema di controllo.riducendo la probabilità che il motore funzioni in condizioni di carico elevato per lungo tempo.
In sintesi, il fenomeno di surriscaldamento e sovraccarico dei motori a corrente alternata durante la regolazione della velocità a frequenza variabile è causato principalmente da maggiori perdite armoniche, saturazione magnetica con maggiori perdite nel ferro e riduzione dell'efficienza di raffreddamento. Ottimizzando la strategia di controllo dell'inverter, migliorando il sistema di raffreddamento, selezionando motori a frequenza variabile specifici e implementando monitoraggio e protezione in tempo reale, nonché altri accorgimenti tecnici, questo problema può essere efficacemente eliminato, garantendo un funzionamento stabile, efficiente e affidabile dei motori a corrente alternata in condizioni di regolazione della velocità a frequenza variabile, prolungando la durata utile delle apparecchiature e migliorando l'economia e la sicurezza dell'intero sistema di trasmissione.




