Motoarele electrice joacă un rol vital în viața noastră de zi cu zi – acolo unde trăim, lucrăm și ne jucăm.Pur și simplu, ei fac aproape tot ce se mișcă, să se miște.Aproape 70 la sută din energia electrică consumată de industrie este utilizată de sistemele de motoare electrice.1

Aproximativ 75 la sută din motoarele industriale aflate în funcțiune sunt folosite pentru a rula pompe, ventilatoare și compresoare, o categorie de utilaje care este foarte susceptibilă la îmbunătățiri majore ale eficienței2.Aceste aplicații funcționează adesea cu viteză constantă, tot timpul, chiar și atunci când nu sunt necesare.Această funcționare constantă irosește energie și produce emisii inutile de CO2, dar controlând viteza unui motor, putem reduce consumul de energie, economisind energie și reducând impactul asupra mediului.

O modalitate de a controla viteza unui motor este prin utilizarea unui variator de viteză (VSD), un dispozitiv care reglează viteza de rotație a unui motor electric variind frecvența și tensiunea furnizate motorului.Prin controlul vitezei unui motor, o unitate poate reduce consumul de energie (de exemplu, reducerea vitezei echipamentului rotativ cu 20 la sută poate reduce cerințele de putere de intrare cu aproximativ 50 la sută3) și poate oferi o îmbunătățire considerabilă a controlului procesului și economii semnificative ale costurilor de operare pe toată durata de viață. pe cât de utile sunt VSD-urile pentru economisirea energiei în multe aplicații, ele pot cauza defecțiuni premature a motorului dacă nu sunt împământate corespunzător.Deși există multe cauze diferite ale defecțiunilor motoarelor electrice, cea mai frecventă problemă când se utilizează o unitate este defecțiunea rulmentului cauzată de tensiunea în modul comun.

Daune cauzate de tensiunea în modul comun

Într-un sistem de curent alternativ trifazat, tensiunea de mod comun poate fi definită ca dezechilibrul prezent între cele trei faze creat de puterea modulată pe lățimea impulsului a unității sau diferența de tensiune dintre masa sursei de alimentare și punctul neutru al celor trei faze. sarcina de fază.Această tensiune fluctuantă în modul comun induce electrostatic tensiune pe arborele motorului, iar această tensiune pe arbore se poate descărca prin înfășurări sau prin rulmenți.Proiectele de inginerie moderne, izolarea fazelor și firele rezistente la vârfuri ale invertorului pot ajuta la protejarea înfășurărilor;cu toate acestea, atunci când rotorul vede o acumulare de vârfuri de tensiune, curentul caută calea cu cea mai mică rezistență la masă.În cazul unui motor electric, această cale trece direct prin rulmenți.

Deoarece rulmenții motorului folosesc grăsime pentru lubrifiere, uleiul din unsoare formează o peliculă care acționează ca un dielectric, ceea ce înseamnă că poate transmite forțele electrice fără conducție.Cu timpul, totuși, acest dielectric se defectează.Fără proprietățile de izolare ale grăsimii, tensiunea arborelui se va descărca prin rulmenți, apoi prin carcasa motorului, pentru a obține împământare electrică.Această mișcare a curentului electric provoacă arc în rulmenți, denumită în mod obișnuit prelucrarea cu descărcare electrică (EDM).Pe măsură ce acest arc continuu are loc în timp, suprafețele din rulmentul rulmentului devin fragile și bucăți mici de metal se pot rupe în interiorul rulmentului.În cele din urmă, materialul deteriorat își parcurge calea între bilele și cursele rulmentului, provocând un efect de șlefuire, care poate produce sâmburi de dimensiunea micronului, numită glazură, sau creste asemănătoare unei plăci de spălat în canalul de rulare al rulmentului, numite caneluri.

Unele motoare pot continua să funcționeze pe măsură ce daunele se agravează progresiv, fără probleme vizibile.Primul semn de deteriorare a rulmentului este de obicei un zgomot audibil, din cauza bilelor rulmentului care se deplasează peste zonele cu gropi și înghețate.Dar până când apare acest zgomot, daunele au devenit de obicei suficient de substanțiale încât defecțiunea este iminentă.

Întemeiat pe prevenire

Aplicațiile industriale nu întâmpină de obicei aceste dificultăți de rulment pe motoarele cu viteză variabilă, dar în unele instalații, cum ar fi clădirile comerciale și manipularea bagajelor din aeroport, împământarea robustă nu este întotdeauna disponibilă.În aceste cazuri, trebuie utilizată o altă metodă pentru a devia acest curent de la rulmenți.Cea mai comună soluție este adăugarea unui dispozitiv de împământare a arborelui la un capăt al arborelui motorului, în special în aplicațiile în care tensiunea în modul comun poate fi mai răspândită.O masă a arborelui este în esență un mijloc de a conecta rotorul de rotație al motorului la împământare prin intermediul cadrului motorului.Adăugarea unui dispozitiv de împământare a arborelui la motor înainte de instalare (sau cumpărarea unui motor cu unul preinstalat) poate fi un preț mic de plătit în comparație cu prețul costurilor de întreținere asociate cu înlocuirea rulmenților, ca să nu mai vorbim de costurile ridicate ale timp de nefuncţionare într-o unitate.

Există mai multe tipuri comune de dispozitive de împământare a arborelui în industrie astăzi, cum ar fi perii de cărbune, perii de fibră în stil inel și izolatori de lagăre de împământare, precum și alte metode de protejare a rulmenților.

Periile de cărbune au fost folosite de mai bine de 100 de ani și sunt similare cu periile de cărbune utilizate pe comutatoarele motoarelor de curent continuu.Periile de împământare asigură legătura electrică între porțiunile rotative și staționare ale circuitului electric al motorului și duc curentul de la rotor la masă, astfel încât sarcina să nu se acumuleze pe rotor până la punctul în care se descarcă prin rulmenți.Periile de împământare oferă un mijloc practic și economic de a oferi o cale cu impedanță scăzută la masă, în special pentru motoarele cu cadru mai mari;cu toate acestea, nu sunt lipsite de dezavantajele lor.Ca și în cazul motoarelor de curent continuu, periile sunt supuse uzurii din cauza contactului mecanic cu arborele și, indiferent de designul suportului periei, ansamblul trebuie inspectat periodic pentru a asigura un contact adecvat între perii și arbore.

Inelele de împământare ale arborelui funcționează ca o perie de cărbune, dar conțin mai multe fire de fibre conductoare electric dispuse în interiorul unui inel în jurul arborelui.Partea exterioară a inelului, care este de obicei montată pe placa de capăt a motorului, rămâne staționară, în timp ce periile călătoresc pe suprafața arborelui motorului, direcționând curentul prin perii și în siguranță la masă.Inelele de împământare a arborelui pot fi montate în interiorul motorului, permițându-le să fie utilizate la motoarele cu utilizare la spălare și murdară.Cu toate acestea, nicio metodă de împământare a arborelui nu este perfectă, iar inelele de împământare montate în exterior tind să colecteze contaminanții pe perii lor, ceea ce le poate reduce eficacitatea.

Izolatoarele de lagăre de împământare combină două tehnologii: un scut de izolare din două părți, fără contact, care utilizează un design labirint pentru a preveni pătrunderea contaminanților și un rotor metalic și un inel de filament conductor izolat pentru a devia curenții arborelui departe de rulmenți.Deoarece aceste dispozitive previn, de asemenea, pierderea lubrifiantului și contaminarea, ele înlocuiesc garniturile standard ale rulmenților și izolatoarele tradiționale ale rulmenților.

O altă modalitate de a preveni o descărcare de curent prin rulmenți este fabricarea rulmenților dintr-un material neconductor.La rulmenții ceramici, bilele acoperite cu ceramică protejează rulmenții împiedicând trecerea curentului arborelui prin rulmenți către motor.Deoarece nu trece curent electric prin rulmenții motorului, există șanse mici de uzură indusă de curent;totuși, curentul va căuta o cale către pământ, ceea ce înseamnă că va trece prin echipamentele atașate.Deoarece rulmenții ceramici nu vor elimina curentul din rotor, pentru motoarele cu rulmenți ceramici sunt recomandate doar aplicații specifice cu antrenare directă.Alte dezavantaje sunt costul pentru acest stil de rulment de motor și faptul că rulmenții sunt de obicei disponibili doar până la dimensiunea 6311.

La motoarele mai mari de 100 de cai putere, se recomandă, în general, ca un rulment izolat să fie instalat la capătul opus al motorului pe care este instalat dispozitivul de împământare a arborelui, indiferent de stilul de împământare a arborelui utilizat.

Trei sfaturi de instalare pentru unitatea de viteză variabilă

Trei considerații pentru inginerul de întreținere atunci când încearcă să reducă tensiunea de mod comun în aplicații cu viteză variabilă sunt:

1. Asigurați-vă că motorul (și sistemul motorului) este împământat corespunzător.
2. Determinați echilibrul adecvat al frecvenței purtătoare, care va minimiza nivelurile de zgomot, precum și dezechilibrul de tensiune.
3. Dacă se consideră necesar un dispozitiv de împământare a arborelui, selectați unul care funcționează cel mai bine pentru aplicație.

Când este prezent un curent de rulment, nu există o soluție universală.Este esențial ca clientul și furnizorul de motoare și unități să colaboreze pentru a identifica cea mai potrivită soluție pentru aplicația specifică.