Az elektromos motorok létfontosságú szerepet játszanak mindennapi életünkben – ahol élünk, dolgozunk és játszunk.Egyszerűen fogalmazva, szinte mindent megmozgatnak, ami mozog.Az ipar által fogyasztott villamos energia közel 70 százalékát villanymotoros rendszerek használják fel.1

A működő ipari motorok nagyjából 75 százalékát szivattyúk, ventilátorok és kompresszorok működtetésére használják, ez a gépkategória igen érzékeny a jelentős hatékonyságjavításokra2.Ezek az alkalmazások gyakran állandó sebességgel működnek, akkor is, ha nincs szükség rá.Ez az állandó működés energiát pazarol és szükségtelen CO2-kibocsátással jár, de a motor fordulatszámának szabályozásával csökkenthetjük az energiafogyasztást, energiát takaríthatunk meg és csökkenthetjük a környezetterhelést.

A motor fordulatszámának szabályozásának egyik módja a változtatható sebességű hajtás (VSD), egy olyan eszköz, amely az elektromos motor fordulatszámát a motor frekvenciájának és feszültségének változtatásával szabályozza.A motor fordulatszámának szabályozásával a hajtás csökkentheti az energiafogyasztást (például a forgó berendezés fordulatszámának 20 százalékos csökkentése körülbelül 50 százalékkal csökkentheti a bemeneti teljesítményigényt3), és jelentős javulást biztosít a folyamatvezérlésben, valamint jelentős működési költségmegtakarítást biztosít az élettartam során. Mivel a VSD-k számos alkalmazásban hasznosak az energiatakarékosság szempontjából, idő előtti motorhibákat okozhatnak, ha nincsenek megfelelően földelve.Noha az elektromos motor meghibásodásának számos oka lehet, a hajtás használatakor a leggyakoribb probléma a közös módú feszültség okozta csapágyhiba.

Közös üzemmódú feszültség okozta károsodás

Háromfázisú váltakozó áramú rendszerben a közös módusú feszültség úgy definiálható, mint a három fázis között fennálló egyensúlyhiány, amelyet a hajtás impulzusszélesség-modulált teljesítménye, vagy az áramforrás teste és a háromfázisú nullapontja közötti feszültségkülönbség okoz. fázisterhelés.Ez az ingadozó közös üzemmódú feszültség elektrosztatikusan feszültséget indukál a motor tengelyén, és ez a tengelyfeszültség a tekercseken vagy a csapágyakon keresztül kisülhet.A modern mérnöki tervezés, a fázisszigetelés és az inverter tüskeálló vezetéke segíthet a tekercsek védelmében;amikor azonban a forgórész feszültségcsúcsok felhalmozódását észleli, az áram a legkisebb ellenállású utat keresi a föld felé.Elektromos motor esetén ez az út közvetlenül a csapágyakon halad keresztül.

Mivel a motor csapágyai zsírt használnak a kenéshez, a zsírban lévő olaj filmréteget képez, amely dielektrikumként működik, ami azt jelenti, hogy vezetés nélkül képes továbbítani az elektromos erőket.Idővel azonban ez a dielektrikum lebomlik.A zsír szigetelő tulajdonságai nélkül a tengelyfeszültség a csapágyakon, majd a motorházon keresztül kisül, hogy létrejöjjön az elektromos földelés.Az elektromos áramnak ez a mozgása ívképződést okoz a csapágyakban, amelyet általában elektromos kisülési megmunkálásnak (EDM) neveznek.Mivel ez a folyamatos ívképződés idővel fellép, a csapágygyűrű felületei törékennyé válnak, és apró fémdarabok letörhetnek a csapágy belsejében.Végül a sérült anyag a csapágy golyói és a futópályák között halad, csiszolóhatást váltva ki, ami mikron méretű lyukacsosodást, úgynevezett zúzmarát, vagy mosódeszkaszerű bordákat eredményezhet a csapágy futópályáján, úgynevezett hornyolás.

Egyes motorok továbbra is működhetnek, amint a károsodás fokozatosan súlyosbodik, észrevehető probléma nélkül.A csapágy sérülésének első jele általában hallható zaj, ami a csapágygolyók által áthaladó gödrös és fagyos területeken keletkezik.De mire ez a zaj fellép, a kár általában már elég jelentőssé válik ahhoz, hogy a hiba küszöbön álljon.

A megelőzésre alapozva

Az ipari alkalmazások általában nem tapasztalják ezeket az elviselési nehézségeket a változtatható fordulatszámú motoroknál, de egyes létesítményekben, például kereskedelmi épületekben és repülőtéri poggyászkezelésben, nem mindig áll rendelkezésre robusztus földelés.Ezekben az esetekben más módszert kell alkalmazni az áram elvezetésére a csapágyakról.A leggyakoribb megoldás egy tengelyföldelő eszköz hozzáadása a motor tengelyének egyik végéhez, különösen olyan alkalmazásokban, ahol a közös módú feszültség nagyobb lehet.A tengelyföldelés lényegében egy eszköz a motor forgó rotorjának a földeléshez történő csatlakoztatására a motor keretén keresztül.Egy tengelyföldelő berendezés felszerelése a motorhoz a beszerelés előtt (vagy egy előre telepített motor vásárlása) kis árat jelenthet a csapágycserével kapcsolatos karbantartási költségekhez képest, nem is beszélve a magas költségekről. állásidő egy létesítményben.

Az iparban manapság több elterjedt típusú tengelyföldelő berendezés létezik, mint például szénkefék, gyűrűs szálkefék és földelő csapágyleválasztók, és a csapágyak védelmére más módszerek is rendelkezésre állnak.

A szénkeféket több mint 100 éve használják, és hasonlóak az egyenáramú motoros kommutátorokon használt szénkefékre.A földelőkefék biztosítják az elektromos kapcsolatot a motor elektromos áramkörének forgó és álló része között, és a forgórészről a földre vezetik az áramot, így a töltés nem halmozódik fel a forgórészen addig a pontig, ahol az a csapágyakon keresztül kisül.A földelőkefék praktikus és gazdaságos eszközt kínálnak arra, hogy alacsony impedanciájú utat biztosítsanak a földhöz, különösen a nagyobb vázas motorok esetében;azonban nem mentesek a hátrányaiktól.Az egyenáramú motorokhoz hasonlóan a kefék is ki vannak téve a kopásnak a tengellyel való mechanikai érintkezés miatt, és a kefetartó kialakításától függetlenül a szerelvényt rendszeresen ellenőrizni kell, hogy biztosítsák a megfelelő érintkezést a kefék és a tengely között.

A tengelyföldelő gyűrűk úgy működnek, mint egy szénkefe, de több, a tengely körüli gyűrűben elhelyezett elektromosan vezető szálat tartalmaznak.A gyűrű külső része, amely jellemzően a motor véglemezére van rögzítve, mozdulatlan marad, míg a kefék a motor tengelyének felületén haladnak, és az áramot a keféken keresztül biztonságosan a földre irányítják.A tengelyföldelő gyűrűk a motor belsejébe szerelhetők, lehetővé téve ezek használatát mosó- és szennyezett motorokon.Egyetlen tengelyföldelési módszer sem tökéletes azonban, és a kívülre szerelt földelőgyűrűk hajlamosak a szennyeződéseket a sörtéire felhalmozni, ami csökkentheti a hatékonyságukat.

A földelő csapágyleválasztók két technológiát ötvöznek: egy kétrészes, érintésmentes szigetelőpajzsot, amely labirintus kialakítást használ a szennyeződések behatolásának megakadályozására, valamint egy fém forgórészt és egy izolált vezető izzógyűrűt, amely elvezeti a tengelyáramot a csapágyaktól.Mivel ezek az eszközök a kenőanyag elvesztését és szennyeződését is megakadályozzák, helyettesítik a szabványos csapágytömítéseket és a hagyományos csapágyleválasztókat.

A csapágyakon keresztüli áramkisülés megakadályozásának másik módja az, hogy a csapágyakat nem vezető anyagból gyártják.A kerámia csapágyakban kerámia bevonatú golyók védik a csapágyakat azáltal, hogy megakadályozzák, hogy a tengelyáram a csapágyakon keresztül a motorhoz áramoljon.Mivel a motor csapágyain nem folyik elektromos áram, kevés az esély az áram okozta kopásra;azonban az áram utat keres a földhöz, ami azt jelenti, hogy a csatlakoztatott berendezésen megy keresztül.Mivel a kerámia csapágyak nem vonják el az áramot a forgórészből, a kerámia csapágyas motorokhoz csak speciális közvetlen hajtású alkalmazások javasoltak.További hátrányok az ilyen típusú motorcsapágyak költsége és az a tény, hogy a csapágyak általában csak a 6311-es méretig kaphatók.

A 100 lóerőnél nagyobb motoroknál általában javasolt egy szigetelt csapágyat beépíteni a motor másik végére, amelyre a tengelyföldelő berendezést felszerelik, függetlenül attól, hogy milyen típusú tengelyföldelést alkalmaznak.

Három változtatható sebességű hajtás beszerelési tippje

A karbantartó mérnöknek három szempontot kell figyelembe vennie, amikor megpróbálja csökkenteni a közös üzemmódú feszültséget változó sebességű alkalmazásokban:

1. Győződjön meg arról, hogy a motor (és a motorrendszer) megfelelően földelve van.
2. Határozza meg a megfelelő vivőfrekvencia egyensúlyt, amely minimalizálja a zajszintet és a feszültség kiegyensúlyozatlanságát.
3. Ha tengelyföldelő berendezésre van szükség, válassza ki az adott alkalmazáshoz legjobban megfelelőt.

Ha van csapágyáram, nincs mindenre alkalmas megoldás.Létfontosságú, hogy az ügyfél és a motor- és hajtásszállító együtt dolgozzanak, hogy megtalálják a legmegfelelőbb megoldást az adott alkalmazáshoz.