Sähkömoottoreilla on tärkeä rooli jokapäiväisessä elämässämme – missä asumme, työskentelemme ja leikimme.Yksinkertaisesti sanottuna ne saavat melkein kaiken, mikä liikkuu, liikkumaan.Lähes 70 prosenttia teollisuuden kuluttamasta sähköstä käytetään sähkömoottorijärjestelmissä.1

Noin 75 prosenttia käytössä olevista teollisuusmoottoreista käytetään pumppujen, puhaltimien ja kompressorien pyörittämiseen. Tämä koneluokka on erittäin herkkä suurille tehokkuuden parannuksille2.Nämä sovellukset toimivat usein tasaisella nopeudella, koko ajan, vaikka niitä ei tarvita.Tämä jatkuva käyttö tuhlaa energiaa ja tuottaa tarpeettomia CO2-päästöjä, mutta säätämällä moottorin nopeutta voimme vähentää virrankulutusta, säästää energiaa ja vähentää ympäristövaikutuksia.

Yksi tapa ohjata moottorin nopeutta on käyttää VSD-taajuusmuuttajaa, joka säätelee sähkömoottorin pyörimisnopeutta muuttamalla moottoriin syötettyä taajuutta ja jännitettä.Säätämällä moottorin nopeutta taajuusmuuttaja voi vähentää virrankulutusta (esimerkiksi pyörivän laitteiston nopeuden vähentäminen 20 prosentilla voi vähentää syöttötehovaatimuksia noin 50 prosenttia3) ja parantaa huomattavasti prosessin ohjausta ja säästää käyttökustannuksissa huomattavasti käyttöiän aikana. VSD:t ovat hyödyllisiä energiansäästöön monissa sovelluksissa, ja ne voivat aiheuttaa ennenaikaisen moottorivian, jos niitä ei ole maadoitettu kunnolla.Vaikka sähkömoottorivikojen syitä on monia erilaisia, yleisin ongelma taajuusmuuttajaa käytettäessä on yhteismuotoisen jännitteen aiheuttama laakerivika.

Yhteistilan jännitteen aiheuttama vaurio

Kolmivaiheisessa vaihtovirtajärjestelmässä yhteismuotoinen jännite voidaan määritellä kolmen vaiheen välillä esiintyväksi epätasapainoksi, joka syntyy taajuusmuuttajan pulssinleveysmoduloidusta tehosta tai jännite-erosta virtalähteen maan ja kolmivaiheisen nollapisteen välillä. vaihekuormitus.Tämä vaihteleva yhteismuotoinen jännite indusoi sähköstaattisesti jännitteen moottorin akselille, ja tämä akselijännite voi purkaa käämien tai laakereiden kautta.Nykyaikaiset tekniset suunnittelut, vaiheeristys ja invertterin piikinkestävä lanka voivat auttaa suojaamaan käämit;kuitenkin, kun roottori näkee jännitepiikkejä kerääntyvän, virta etsii pienimmän resistanssin polkua maahan.Sähkömoottorin tapauksessa tämä reitti kulkee suoraan laakereiden läpi.

Koska moottorin laakerit käyttävät voiteluun rasvaa, rasvassa oleva öljy muodostaa kalvon, joka toimii dielektrisenä, mikä tarkoittaa, että se voi siirtää sähkövoimat johtamatta.Ajan myötä tämä eriste kuitenkin hajoaa.Ilman rasvan eristysominaisuuksia akselin jännite purkautuu laakereiden kautta ja sitten moottorin kotelon läpi sähköisen maadoituksen aikaansaamiseksi.Tämä sähkövirran liike aiheuttaa kipinöintiä laakereissa, jota kutsutaan yleisesti sähköpurkauskoneistukseksi (EDM).Koska tämä jatkuva valokaari tapahtuu ajan myötä, laakerin kehässä olevat pinta-alat muuttuvat hauraiksi ja pienet metallipalat voivat irrota laakerin sisällä.Lopulta vaurioitunut materiaali kulkee tiensä laakerin pallojen ja kiskojen väliin aiheuttaen hiontavaikutuksen, joka voi tuottaa mikronin kokoisia kuoppia, joita kutsutaan huurreksi, tai pesulaudan kaltaisia ​​harjanteita laakerin kiertoradassa, jota kutsutaan aallotukseksi.

Jotkut moottorit voivat jatkaa toimintaansa vaurion pahentuessa ilman havaittavia ongelmia.Ensimmäinen merkki laakerivauriosta on yleensä kuuluva ääni, joka johtuu laakerien pallojen kulkemisesta kuoppa- ja huurrealueiden yli.Mutta kun tämä melu esiintyy, vahingot ovat yleensä tulleet tarpeeksi merkittäviksi, jotta vika on välitön.

Maadoitettu ehkäisyyn

Teollisissa sovelluksissa ei yleensä esiinny näitä vaihtuvia nopeuksia säätelevien moottoreiden kantavuusongelmia, mutta joissakin asennuksissa, kuten liikerakennuksissa ja lentokentän matkatavaroiden käsittelyssä, kestävää maadoitusta ei aina ole saatavilla.Näissä tapauksissa on käytettävä toista menetelmää tämän virran ohjaamiseksi pois laakereista.Yleisin ratkaisu on lisätä akselin maadoituslaite moottorin akselin toiseen päähän, erityisesti sovelluksissa, joissa yhteismuotoinen jännite voi olla yleisempi.Akselimaa on olennaisesti keino yhdistää moottorin pyörivä roottori maadoitusmaahan moottorin rungon kautta.Akselin maadoituslaitteen lisääminen moottoriin ennen asennusta (tai moottorin ostaminen esiasennettuna) voi olla pieni hinta verrattuna laakerien vaihtoon liittyvien ylläpitokustannusten hintalappuihin, puhumattakaan korkeista kustannuksista. seisokki laitoksessa.

Teollisuudessa on nykyään useita yleisiä akselin maadoituslaitteita, kuten hiiliharjat, rengasmaiset kuituharjat ja maadoituslaakerieristimet, ja saatavilla on myös muita laakereiden suojausmenetelmiä.

Hiiliharjat ovat olleet käytössä yli 100 vuotta ja ovat samanlaisia ​​kuin DC-moottorikommutaattoreissa käytetyt hiiliharjat.Maadoitusharjat muodostavat sähköisen yhteyden moottorin sähköpiirin pyörivän ja kiinteän osan välillä ja ottavat virran roottorista maahan, jotta varaus ei keräänty roottoriin pisteeseen, jossa se purkautuu laakereiden kautta.Maadoitusharjat tarjoavat käytännöllisen ja taloudellisen tavan tarjota matalaimpedanssinen reitti maahan, erityisesti suuremmille runkomoottoreille;ne eivät kuitenkaan ole vailla haittoja.Kuten DC-moottoreissa, harjat ovat alttiina kulumiselle johtuen mekaanisesta kosketuksesta akseliin, ja harjanpitimen rakenteesta riippumatta kokoonpano on tarkastettava säännöllisesti, jotta varmistetaan oikea kosketus harjojen ja akselin välillä.

Akselin maadoitusrenkaat toimivat kuten hiiliharja, mutta ne sisältävät useita sähköä johtavia kuituja, jotka on järjestetty renkaan sisään akselin ympärille.Tyypillisesti moottorin päätylevyyn kiinnitettävän renkaan ulkopuoli pysyy paikallaan, kun taas harjat kulkevat moottorin akselin pinnalla ohjaten virran harjojen läpi turvallisesti maahan.Akselin maadoitusrenkaat voidaan asentaa moottorin sisään, jolloin niitä voidaan käyttää pesu- ja likakäyttömoottoreissa.Mikään akselin maadoitusmenetelmä ei kuitenkaan ole täydellinen, ja ulkoisesti asennetut maadoitusrenkaat keräävät harjaksiinsa epäpuhtauksia, mikä voi heikentää niiden tehokkuutta.

Maadoituslaakerieristimissä yhdistyvät kaksi tekniikkaa: kaksiosainen, kosketukseton eristyssuoja, joka käyttää labyrinttirakennetta epäpuhtauksien sisäänpääsyn estämiseksi, ja metallinen roottori ja eristetty johtava filamenttirengas ohjaamaan akselivirrat pois laakereista.Koska nämä laitteet estävät myös voiteluaineen häviämisen ja likaantumisen, ne korvaavat vakiolaakeritiivisteet ja perinteiset laakerierottimet.

Toinen tapa estää virran purkautuminen laakereiden läpi on valmistaa laakerit johtamattomasta materiaalista.Keraamisissa laakereissa keraamisella pinnoitteella päällystetyt kuulat suojaavat laakereita estämällä akselivirtaa kulkemasta laakereiden läpi moottoriin.Koska moottorin laakereiden läpi ei kulje sähkövirtaa, virran aiheuttaman kulumisen mahdollisuus on pieni;Virta kuitenkin etsii polkua maahan, mikä tarkoittaa, että se kulkee liitettyjen laitteiden läpi.Koska keraamiset laakerit eivät poista virtaa roottorista, vain tiettyjä suoravetosovelluksia suositellaan moottoreille, joissa on keraamiset laakerit.Muita haittoja ovat tämäntyyppisen moottorin laakerin hinta ja se, että laakereita on yleensä saatavana vain kokoon 6311 asti.

Yli 100 hevosvoiman moottoreissa on yleensä suositeltavaa asentaa eristetty laakeri moottorin vastakkaiseen päähän, johon akselin maadoituslaite on asennettu, riippumatta siitä, minkä tyyppistä akselin maadoitusta käytetään.

Kolme nopeussäätimen asennusvinkkiä

Huoltoinsinöörin on otettava huomioon kolme seikkaa yrittäessään vähentää yhteismoodin jännitettä muuttuvanopeuksisissa sovelluksissa:

1. Varmista, että moottori (ja moottorijärjestelmä) on kunnolla maadoitettu.
2. Määritä oikea kantoaaltotaajuustasapaino, joka minimoi melutasot ja jännitteen epätasapainon.
3. Jos akselin maadoituslaite katsotaan tarpeelliseksi, valitse sovellukseen parhaiten sopiva.

Kun laakerivirta on läsnä, ei ole yhtä kaikille sopivaa ratkaisua.On elintärkeää, että asiakas sekä moottori- ja taajuusmuuttajatoimittaja työskentelevät yhdessä löytääkseen sopivimman ratkaisun tiettyyn sovellukseen.