Elektromotory zohrávajú dôležitú úlohu v našom každodennom živote – kde žijeme, pracujeme a hráme sa.Jednoducho povedané, takmer všetko, čo sa hýbe, vyrába, hýbe.Takmer 70 percent elektrickej energie spotrebovanej v priemysle využívajú systémy elektromotorov.1

Približne 75 percent priemyselných motorov v prevádzke sa používa na pohon čerpadiel, ventilátorov a kompresorov, čo je kategória strojov, ktorá je veľmi náchylná na výrazné zlepšenia účinnosti2.Tieto aplikácie často pracujú konštantnou rýchlosťou, po celú dobu, aj keď nie sú potrebné.Táto nepretržitá prevádzka plytvá energiou a produkuje zbytočné emisie CO2, ale riadením otáčok motora môžeme znížiť spotrebu energie, ušetriť energiu a znížiť dopad na životné prostredie.

Jedným zo spôsobov, ako ovládať rýchlosť motora, je použitie pohonu s premenlivou rýchlosťou (VSD), čo je zariadenie, ktoré reguluje rýchlosť otáčania elektromotora zmenou frekvencie a napätia dodávaného do motora.Riadením rýchlosti motora môže menič znížiť spotrebu energie (napríklad zníženie rýchlosti rotujúceho zariadenia o 20 percent môže znížiť požiadavky na vstupný výkon približne o 50 percent3) a poskytnúť značné zlepšenie v riadení procesu a významné úspory nákladov na prevádzku počas životnosti. MoAko sú frekvenčné meniče užitočné na úsporu energie v mnohých aplikáciách, môžu spôsobiť predčasné zlyhanie motora, ak nie sú správne uzemnené.Aj keď existuje veľa rôznych príčin porúch elektromotora, najčastejším problémom pri používaní pohonu je porucha ložísk spôsobená napätím bežného režimu.

Poškodenie spôsobené bežným napätím

V trojfázovom striedavom systéme možno napätie v spoločnom režime definovať ako nerovnováhu medzi tromi fázami vytvorenú šírkou impulzu modulovaného výkonu meniča alebo rozdielu napätia medzi zemou zdroja energie a neutrálnym bodom troch fáz. fázové zaťaženie.Toto kolísavé napätie v bežnom režime elektrostaticky indukuje napätie na hriadeli motora a toto napätie hriadeľa sa môže vybíjať cez vinutia alebo cez ložiská.Moderné inžinierske konštrukcie, fázová izolácia a drôt odolný voči hrotom meniča môžu pomôcť chrániť vinutia;keď však rotor zaznamená nahromadenie napäťových špičiek, prúd hľadá cestu najmenšieho odporu voči zemi.V prípade elektromotora táto dráha prebieha priamo cez ložiská.

Keďže ložiská motora využívajú na mazanie mazivo, olej v mazive vytvára film, ktorý pôsobí ako dielektrikum, čo znamená, že môže prenášať elektrické sily bez vedenia.Časom sa však toto dielektrikum rozpadne.Bez izolačných vlastností maziva sa napätie hriadeľa vybije cez ložiská a potom cez kryt motora, aby sa dosiahlo elektrické uzemnenie.Tento pohyb elektrického prúdu spôsobuje iskrenie v ložiskách, bežne označované ako elektroerozívne obrábanie (EDM).Keďže k tomuto neustálemu iskreniu dochádza v priebehu času, povrchové oblasti v krúžku ložiska sa stávajú krehkými a vo vnútri ložiska sa môžu odlomiť malé kúsky kovu.Poškodený materiál sa nakoniec dostane medzi ložiskové guľôčky a obežné dráhy, čo spôsobí brúsny efekt, ktorý môže spôsobiť mikrónové jamky, nazývané poleva, alebo valčekovité hrebene v obežnej dráhe ložiska, nazývané drážkovanie.

Niektoré motory môžu naďalej bežať, keď sa poškodenie postupne zhoršuje, bez akýchkoľvek viditeľných problémov.Prvým znakom poškodenia ložísk je zvyčajne počuteľný zvuk v dôsledku pohybu guľôčok ložísk cez jamkové a zamrznuté oblasti.Ale v čase, keď sa tento hluk objaví, poškodenie je zvyčajne natoľko závažné, že hrozí zlyhanie.

Založené na prevencii

Priemyselné aplikácie zvyčajne nezaznamenávajú tieto problémy s ložiskami na motoroch s premenlivou rýchlosťou, ale v niektorých inštaláciách, ako sú komerčné budovy a letisková manipulácia s batožinou, nie je vždy k dispozícii robustné uzemnenie.V týchto prípadoch sa musí použiť iná metóda na odvedenie tohto prúdu preč z ložísk.Najbežnejším riešením je pridať uzemňovacie zariadenie hriadeľa na jeden koniec hriadeľa motora, najmä v aplikáciách, kde môže prevládať bežné napätie.Uzemnenie hriadeľa je v podstate prostriedkom na spojenie otáčajúceho sa rotora motora so zemou cez rám motora.Pridanie uzemňovacieho zariadenia hriadeľa k motoru pred inštaláciou (alebo kúpa motora s predinštalovaným motorom) môže byť nízka cena v porovnaní s cenou nákladov na údržbu spojenú s výmenou ložísk, nehovoriac o vysokých nákladoch na prestoje v zariadení.

V súčasnosti existuje v priemysle niekoľko bežných typov uzemňovacích zariadení hriadeľa, ako sú uhlíkové kefy, prstencové kefy z vlákien a izolátory uzemňovacích ložísk a sú k dispozícii aj iné spôsoby ochrany ložísk.

Uhlíkové kefky sa používajú už viac ako 100 rokov a sú podobné uhlíkovým kefám používaným na komutátoroch jednosmerných motorov.Uzemňovacie kefy poskytujú elektrické spojenie medzi rotujúcimi a stacionárnymi časťami elektrického obvodu motora a odoberajú prúd z rotora do zeme, takže náboj sa nehromadí na rotore do bodu, kedy sa vybije cez ložiská.Uzemňovacie kefy ponúkajú praktický a ekonomický prostriedok na poskytnutie nízkoimpedančnej cesty k zemi, najmä pre motory s väčším rámom;nie sú však bez ich nevýhod.Rovnako ako u jednosmerných motorov, kefy podliehajú opotrebovaniu v dôsledku mechanického kontaktu s hriadeľom a bez ohľadu na konštrukciu držiaka kefky je potrebné zostavu pravidelne kontrolovať, aby sa zabezpečil správny kontakt medzi kefami a hriadeľom.

Uzemňovacie krúžky hriadeľa fungujú ako uhlíková kefa, ale obsahujú viacero prameňov elektricky vodivých vlákien usporiadaných vo vnútri krúžku okolo hriadeľa.Vonkajšia časť krúžku, ktorý je zvyčajne namontovaný na koncovej doske motora, zostáva nehybná, zatiaľ čo kefy jazdia na povrchu hriadeľa motora a smerujú prúd cez kefy a bezpečne na zem.Hriadeľové uzemňovacie krúžky môžu byť namontované vo vnútri motora, čo umožňuje ich použitie na umývacích a špinavých motoroch.Žiadna metóda uzemnenia hriadeľa však nie je dokonalá a uzemňovacie krúžky namontované zvonka majú tendenciu zhromažďovať nečistoty na ich štetinách, čo môže znížiť ich účinnosť.

Izolátory uzemňovacích ložísk kombinujú dve technológie: dvojdielny, bezkontaktný izolačný štít, ktorý využíva labyrintový dizajn na zabránenie vnikaniu nečistôt a kovový rotor a izolovaný krúžok z vodivého vlákna na odvádzanie hriadeľových prúdov preč od ložísk.Keďže tieto zariadenia tiež zabraňujú strate a kontaminácii maziva, nahrádzajú štandardné tesnenia ložísk a tradičné izolátory ložísk.

Ďalším spôsobom, ako zabrániť výboju prúdu cez ložiská, je vyrobiť ložiská z nevodivého materiálu.V keramických ložiskách guľôčky s keramickým povlakom chránia ložiská tým, že bránia toku hriadeľového prúdu cez ložiská do motora.Pretože cez ložiská motora nepreteká žiadny elektrický prúd, existuje len malá pravdepodobnosť opotrebovania spôsobeného prúdom;prúd však bude hľadať cestu k zemi, čo znamená, že prejde cez pripojené zariadenie.Pretože keramické ložiská neodvádzajú prúd z rotora, pre motory s keramickými ložiskami sa odporúčajú iba špecifické aplikácie s priamym pohonom.Ďalšími nevýhodami sú náklady na tento typ ložiska motora a skutočnosť, že ložiská sú zvyčajne dostupné len do veľkosti 6311.

Pri motoroch väčších ako 100 konských síl sa vo všeobecnosti odporúča nainštalovať izolované ložisko na opačný koniec motora, na ktorom je nainštalované uzemňovacie zariadenie hriadeľa, bez ohľadu na to, aký štýl uzemnenia hriadeľa sa použije.

Tri tipy na inštaláciu pohonu s premenlivou rýchlosťou

Tri úvahy pre technikov údržby pri pokuse o zníženie bežného napätia v aplikáciách s premenlivou rýchlosťou sú:

1. Uistite sa, že motor (a systém motora) je správne uzemnený.
2. Určite správnu rovnováhu nosnej frekvencie, ktorá minimalizuje hladiny hluku, ako aj nerovnováhu napätia.
3. Ak je potrebné uzemňovacie zariadenie hriadeľa, vyberte také, ktoré najlepšie funguje pre danú aplikáciu.

Keď je prítomný ložiskový prúd, neexistuje univerzálne riešenie.Pre zákazníka a dodávateľa motorov a pohonov je životne dôležité, aby spolupracovali pri identifikácii najvhodnejšieho riešenia pre konkrétnu aplikáciu.