ПЧ и межвитковое замыкание

[xsmart]

Здравствуйте.
Имеется следующая весьма загадочная проблема.
Расскажу по порядку.
Есть насосная группа из двух насосов Grundfos CRN-.. . Для простоты буду называть их "первый" и "второй" :). Управляет ими один частотник Danfoss VLT AQUA Drive, причем схема реализована так, что к частотнику может быть подключен только один насос. Другой насос при этом находится в резерве и полностью отключен.
Всё новое.
В течение около полугода насосами благополучно работали поочередно. Затем в один прекрасный момент на ровном месте во время работы частотник выдал ошибку "короткое замыкание", когда к нему был подключен двигатель второго насоса. Диагностика двигателя показала наличие межвиткового замыкания в одной из обмоток - её активное сопротивление оказалось более чем в два раза ниже, чем у двух других обмоток.
Перегрев исключен, так как в двигателях имеются термисторы, подключаемые своим допконтактом к частотнику, да и сразу после происшествия двигатель был холодный. Гарью из клеммной коробки не пахло.
Вибрация исключена - всё новое, и при работе сколько-нибудь заметной вибрации не наблюдалось.
Влага в двигателе - крайне маловероятно.
При обращении к местному представительству Grundfos - случай был признан гарантийным - заводской дефект двигателя или что-то в этом роде. Двигатель по гарантии был заменен на новый.

Теперь самое интересное. Спустя еще месяц работы этот новый двигатель ушел короткое замыкание по той же причине! Межвитковое замыкание в одной из обмоток!! И это при том, что рядом с ним стоит точно такой же насос с точно таким же двигателем, работающий от того же ЧП и он нормально работает уже больше года!!!
Представительство Grundfos начало "морозиться" - мол два раза в одну воронку снаряд не падает - "у вас что-то не так с питанием". Что именно не так - не удосужились объяснить. Ну и глядя на их местных "специалистов" - не удивительно.
В Danfoss ответили - "скорее всего у вас влага в двигателе". Дважды? И в новом тоже? Оба двигателя были сухими.
Вобщем, ни одни, ни другие не могут объяснить причину возникновения межвиткового замыкания в двигателе при работе от ЧП. Повторюсь - при том, что первый точно такой же насос от того же частотника исправно работает.


Есть какие-то идеи, господа? Что может вызвать межвитковое замыкание в новом двигателе? Можно сказать два раза подряд?

P.S. Длина питающих кабелей от частотника до насосов достаточно большая - больше 100 метров. Двигатели и частотник на 7,5 кВт, если это важно...

[Boris Parkhomenko]

А между ПЧ и двигателями есть сглаживающие фильтры?

[Jackson]

Есть какие-то идеи, господа?

Возможна партия брака, такое бывает. На это указывает то, что случай с лёгкостью был признан гарантийным, значит о проблеме знают.

[+] например

Первопричина может быть в том что перед намоткой первому слою лака не дали высохнуть, или положили его слишком тонким, или вообще не тот лак использовали, или слишком большое усилие было во время намотки - где-то изоляционный слой оказался тоньше чем положено, вот там и пробивает. Или толщина обмоточной проволоки оказалась тоньше чем положено, а то и неравномерной - это сплошь и рядом (на 100 метрах паршивого китайского провода 1 кв.мм сечение может меняться от 1,5 кв.мм до 0,75 легко). Ещё одной причиной может быть всё тот же лак, если он недостаточно прочный то обмотка на некоторой частоте может входит в механический резонанс и микровибрацией лак просто разобъёт, в месте наибольшей вибрации будет межвитковое КЗ.
Или ещё проще - ротор превышает заданный габарит, слегка трётся об обмотку

Влага в двигателе сама по себе КЗ не вызывает: двигатель асинхронный с беличьей клеткой, обмотка герметично залита лаком минимум в два слоя и неподвижна, трущихся частей нет - само по себе КЗ взяться не может. Когда двигатель запустится - всю влагу из него выдует, даже если она там и есть.

Второй возможной причиной может быть перегрев обмоток, когда обмоточный лак плавится и вытекает. Это может быть вследствие того что пуск двигателя слишком тяжёлый и затяжной, или нагрузка на валу превышает номинал, т.е. двигатель неправильно выбран или что-то не так в механизме. Может проблема и в кабельной линии (если нет фильтров).

"По-моему, так" (с) Винни Пух

[Looker]

P.S. Длина питающих кабелей от частотника до насосов достаточно большая - больше 100 метров... если это важно...

Важно - это и есть ответ про межвитковое: пробой изоляции повышенным напряжением. Читай в руководстве на Danfoss VLT AQUA Drive, про длины кабелей и рекомендации, если нужно больше.

[xsmart]

Возможна партия брака, такое бывает

Разница в дате производства обоих двигателей с межвитковым кз - полтора года. Хотя завод один и тот же.. Живой работающий двигатель - из той же партии, что и первый коротнувший.

А между ПЧ и двигателями есть сглаживающие фильтры?

Нет.

Важно - это и есть ответ про межвитковое: пробой изоляции повышенным напряжением. Читай в руководстве на Danfoss VLT AQUA Drive, про длины кабелей и рекомендации, если нужно больше.

Почитал. Длина неэкранированных кабелей - до 300 м. Фильтры они рекомендуют ставить в основном для снижения помех, и в меньшей степени - для защиты двигателя:

В cовременных двигателях, предназначенных для
использования с преобразователями частоты,
предусмотрена надежная изоляция, обеспечивающая
работу с IGBT с высоким КПД нового поколения, для
которых характерно высокое отношение dU/dt. Для
модернизированных старых двигателей необходимо
подтвердить соответствие изоляции двигателя или
снизить помехи с помощью фильтра dU/dt или, если
необходимо, синусоидного фильтра.

Если двигатели производства Grundfos 14-15 года не являются современными, тогда уже и не знаю.

Есть и еще один момент: таких же или подобных насосных групп на объекте - 9 штук. 18 насосов. Везде длина кабелей внушительная. Фильтров нет нигде. И межвитковое появлялось всего два раза на одном и том же насосе... Вероятность того, что это совпадение 1/18/18 = 0,3%. А если еще учесть, что это не первый объект с подобной конфигурацией...
По-видимому, придется ставить фильтр, менять за свой счет двигатель и священника вызывать

[vodav]

Долго объяснять, но если все было так, как написано, то это брак. И фильтр в этой ситуации поможет аналогично окроплению святой водой с причитанием молитвы.

[Boris Parkhomenko]

И фильтр в этой ситуации поможет аналогично окроплению святой водой с причитанием молитвы.

При работе асинхронных двигателей от ПЧ, в которых выходное трехфазное напряжение формируется методом ШИМ, на входе двигателя возникает напряжение импульсной формы, амплитуда которого может значительно превышать амплитуду синусоидального напряжения первой гармоники. И если нет сглаживающих фильтров, то это может привести к повреждению межвитковой изоляции. Поскольку в первом сообщении автор темы написал про выход из строя одного двигателя из двух, то я предположил, что имеет место как раз такой случай (просто целый двигатель оказался "сверхнадежным"). Но поскольку из последнего поста стало понятно, что целых двигателей намного больше и все они работают без фильтров, это предположение отпадает.

Вопрос автору темы: а с вибрацией на злополучном насосе все в порядке? Не больше, чем на остальных?

[xsmart]

а с вибрацией на злополучном насосе все в порядке? Не больше, чем на остальных?

Специальными приборами не замеряли. Чисто визуально-тактильно-акустически и гидравлически работа ничем не отличалась от первого насоса.

Долго объяснять, но если все было так, как написано, то это брак.

Думаете все-таки совпадение? Вместо бракованного двигателя снова поставили бракованный?

Единственное, чем насосы в паре отличаются электрически - у каждого свой кабель и свой контактор. Может в них собака зарыта? На сколько мне известно - на этапе монтажа кабеля не "мегерили". Могут ли какие-либо утечки привести к межвитковому кз?

Очень уж не хочется наступить на те же грабли и испортить следующий двигатель

[Jackson]

Разница в дате производства обоих двигателей с межвитковым кз - полтора года

Это ещё ни о чём не говорит. Совпадения одинаково возможны как у Вас, так и у них.

Если двигатели производства Grundfos 14-15 года не являются современными, тогда уже и не знаю.

Это вода, можно не читать. Если бы это было руководство к действию, то было бы сказано, какие фильтры, как применить к двигателям какого типа и/или срока давности, чётко и конкретно. Ну или откройте введение в этом руководстве и поищите там определения слова "современный двигатель". Если не найдёте, а Вы это точно не найдёте - забудьте про это, и сервису, если ткнут в эти фильтры, так и передайте. И обратите внимание, что у них так и сказано:

В cовременных двигателях, предназначенных для использования с преобразователями частоты, предусмотрена надежная изоляция, обеспечивающая работу с IGBT с высоким КПД нового поколения, для которых характерно высокое отношение dU/dt

. А заодно, я бы ещё спросил, что такое "КПД нового поколения". :)

Долго объяснять, но если все было так, как написано, то это брак.

Совершенно согласен.

Думаете все-таки совпадение? Вместо бракованного двигателя снова поставили бракованный?

Если брак серийный, то почему нет? Разве Вы никогда с этим не сталкивались сами? В современных автомобилях может быть уйма недоработок, серийных - и ничего, люди ездят, сервис работает. Я так езжу, возможно и Вы тоже.
Возможно Grundfos сменил поставщика двигателей (неужели он сам их начал делать? не верю), возможно на заводе сменили технологию, как я описывал выше (при прямом пуске движки работают десятилетиями, а при питании с современного ПЧ теперь горят через одного) - всё возможно. О многолетней надёжности нынче почти никто особо не переживает.

Главное одно: выход из строя чего бы то ни было (сейчас - двигателя) без видимых на то причин и объяснений в пределах гарантийного срока - гарантийный случай. А брак это или особенность - это пусть сервис разбирается. Если так сложится что будет гореть регулярно - значит будут регулярно менять Вам движки пока Вам это не надоест. Про влагу я Вам выше написал, можете так и передать их службе сервиса слово в слово. Целую изоляцию влага испортить не может.

Отправлено спустя 1 минуту 47 секунд:

И фильтр в этой ситуации поможет аналогично окроплению святой водой

Нельзя окроплять - сервису не понравилось. :) Может как раз и окропили. А фильтр как раз может помочь. Если я прав насчёт качества изоляции - то как раз и может. Но не факт.

[vodav]

А нет ли на злополучном насосе режима генерации, принудительного вращения ротора потоком? Какое установлено максимальное значение напряжения контура постоянного тока в настройках привода?

[xsmart]

А нет ли на злополучном насосе режима генерации, принудительного вращения ротора потоком?

Нет, насос качает воду из емкости высотой всего 4 м, при давлении на напоре 30-35 м. Если принудительное вращение ротора и может возникнуть, то только в случае полного отключения двигателя от частотника.

Какое установлено максимальное значение напряжения контура постоянного тока в настройках привода?

Честно говоря, не понял о чем вы.

Главное одно: выход из строя чего бы то ни было (сейчас - двигателя) без видимых на то причин и объяснений в пределах гарантийного срока - гарантийный случай. А брак это или особенность - это пусть сервис разбирается. Если так сложится что будет гореть регулярно - значит будут регулярно менять Вам движки пока Вам это не надоест. Про влагу я Вам выше написал, можете так и передать их службе сервиса слово в слово. Целую изоляцию влага испортить не может.

Спасибо. Будем пробовать давить на сервис.

[xsmart]

Третья серия. Межвитковое замыкание в первом насосе произошло позавчера. В том, который "исправно работал". На том же частотнике. На всех трех двигателях закорочена одна и та же обмотка. Согласитесь, уже как-то глупо предъявлять сервису грундфоса, что у них хреновые движки, когда уже третий двигатель пробивается в одном и том же месте, в одной и той же обмотке.
Как по мне, уже очевидно, что это делает частотник. От данфосса неуверенные ответы, что возможно стоит поставить фильтр. Сейчас для продолжения работы сняли двигатель с другой насосной группы и включили его напрямую мимо частотника... Благо, в этом месте регулирование некритично, и работа на 100% оборотов приемлема.
Начал вникать в принцип работы частотников. Нашел упрощенную схему инвертора с выпрямителем, 6 IGBT транзисторами и 6 защитными диодами. Посетила мысль, что если один из защитных диодов неисправен (в обрыве), то обмотка двигателя может сама себя "пробить" своей же индуктивностью. Рассуждения мои может и примитивны, но со школьных лет помню, что разрыв тока в цепи с большой индуктивностью ведет к многократному мгновенному повышению напряжения на этой индуктивности, и эти защитные диоды там стоят не спроста.
Вобщем, разобрали частотник (к этому моменту он был уже не на гарантии), к своему удивлению обнаружив, что силовой блок из транзисторов и диодов - монолитная хрень размером с небольшой блокнот и с парой десятков ног. Методом дедукции вызвонили все 6 защитных диодов - все они оказались исправными.
На этом мои предположения закончились и началась общая параноя - а не произойдет ли со временем то же самое с остальными насосными группами.
Даже не знаю, зачем это рассказываю, т. к. ответы на извечные вопросы как бы известны... Кто виноват - частотник. Что делать - ставить фильтры.
Но для меня все равно как-то дико до сих пор, что далеко не самый дешевый частотник вот так вот тупо может жечь далеко не самые дешевые двигатели

[Grafik]

какой кабель идет от частотника к двигателю? 3-х жилка?

[Grafik]

Может быть серийный брак. Посмотрите по номерах как близко они были выпущены?

[Михайло]

Эти "защитные диоды", если я не ошибаюсь по памяти, предназначены для обеспечения генераторного режима (рекуперации).

[xsmart]

какой кабель идет от частотника к двигателю? 3-х жилка?

4 x 4 мм². Четвертая жила сидит на земляной шине в шкафу и на корпусе движка.

Может быть серийный брак. Посмотрите по номерах как близко они были выпущены?

Выше писал уже - первый и третий пробитые двигатели - из одной серии. Второй - выпущен на полтора года позже. Производство - Венгрия.

Эти "защитные диоды", если я не ошибаюсь по памяти, предназначены для обеспечения генераторного режима (рекуперации).

http://www.artesk.ru/invertor_shema.html
Понимаю, что авторитетность источника никакая, но все же похоже на правду:

Для циркуляции реактивной мощности, которая необходима для создания электромагнитного поля асинхронного двигателя, образуется цепь: обмотки статора двигателя — обратные диоды, шунтирующие транзисторные ключи — конденсаторы фильтра. При запирании ключей индуктивные токи замыкаются через диоды на конденсатор фильтра, не вызывая перенапряжений.

[Grafik]

4 x 4 мм². Четвертая жила сидит на земляной шине в шкафу и на корпусе движка.

Ну вот и проблемка...

Макс. длина экранированного/защищенного кабеля двигателя (в соответствии с требованиями ЭМС)15 м
Максимальная длина неэкранированного/незащищенного кабеля двигателя 50 м
(это при вашей схеме из инструкции по данфосу)

На больших длинах использование 4-й жилы не рекомендуется, так как через нее идет утечка и может быть даже перекос фаз... из рекомендаций Шнайдера и АВВ. В таком случаи лучше бросать 3-х жилку, и заземлять до контура.

[xsmart]

Ну вот и проблемка...
Макс. длина экранированного/защищенного кабеля двигателя (в соответствии с требованиями ЭМС)15 м
Максимальная длина неэкранированного/незащищенного кабеля двигателя 50 м
(это при вашей схеме из инструкции по данфосу)

Из инструкции по данфоссу - картинка.

На больших длинах использование 4-й жилы не рекомендуется, так как через нее идет утечка и может быть даже перекос фаз... из рекомендаций Шнайдера и АВВ. В таком случаи лучше бросать 3-х жилку, и заземлять до контура.

Об этом я думал, но неужели эта четвертая жила может быть причиной пробоя обмотки?

[Grafik]

А то я на, FC51 глянул... но 300 метров как-то дофига у остальных гораздо поменьше. В вашем случаи "барабашка" :) , так что может быть все... я бы начинал экспериментировать. Вобще, всегда интересны подобные задачки.

[r3lai]

Однозначно вредная паразитная индуктивность длинного питающего кабеля. Найдите возможность установить ПЧ как можно ближе к насосам.