Електрическите двигатели играят жизненоважна роля в нашето ежедневие – където живеем, работим и играем.Просто казано, те карат почти всичко, което се движи, да се движи.Близо 70 процента от електроенергията, консумирана от индустрията, се използва от електрически двигателни системи.1

Приблизително 75 процента от работещите промишлени двигатели се използват за работа на помпи, вентилатори и компресори, категория машини, която е силно податлива на значителни подобрения на ефективността2.Тези приложения често работят с постоянна скорост, през цялото време, дори когато не са необходими.Тази постоянна работа губи енергия и произвежда ненужни емисии на CO2, но чрез контролиране на скоростта на двигателя можем да намалим консумацията на енергия, пестим енергия и намаляваме въздействието върху околната среда.

Един от начините за контрол на скоростта на двигателя е чрез използването на задвижване с променлива скорост (VSD), устройство, което регулира скоростта на въртене на електродвигателя чрез промяна на честотата и напрежението, подавани на двигателя.Чрез контролиране на скоростта на двигателя, задвижването може да намали консумацията на енергия (например, намаляването на скоростта на въртящо се оборудване с 20 процента може да намали изискванията за входяща мощност с приблизително 50 процента3) и да осигури значително подобрение в контрола на процеса и значителни икономии на разходи за работа през целия живот от moAs полезни, тъй като VSD са за пестене на енергия в много приложения, те могат да причинят преждевременна повреда на двигателя, ако не са правилно заземени.Въпреки че има много различни причини за повреди на електродвигателя, най-често срещаният проблем при използване на задвижване е повреда на лагера, причинена от напрежение в общ режим.

Повреди, причинени от напрежение в общ режим

В трифазна променливотокова система напрежението в общ режим може да се дефинира като дисбаланс между трите фази, създаден от модулираната с ширина на импулса мощност на задвижването, или разликата в напрежението между земята на източника на захранване и неутралната точка на три- фазово натоварване.Това колебливо напрежение в общ режим електростатично индуцира напрежение на вала на двигателя и това напрежение на вала може да се разреди през намотките или през лагерите.Съвременните инженерни проекти, фазовата изолация и инверторния проводник, устойчив на шипове, могат да помогнат за защитата на намотките;обаче, когато роторът види натрупване на пикове на напрежението, токът търси пътя с най-малко съпротивление към земята.В случай на електрически двигател този път минава директно през лагерите.

Тъй като лагерите на двигателя използват грес за смазване, маслото в смазката образува филм, който действа като диелектрик, което означава, че може да предава електрическите сили без проводимост.С течение на времето обаче този диелектрик се разпада.Без изолационните свойства на смазката, напрежението на вала ще се разреди през лагерите, след това през корпуса на двигателя, за да се постигне електрическо заземяване.Това движение на електрическия ток причинява дъга в лагерите, обикновено наричана електроразрядна обработка (EDM).Тъй като това непрекъснато образуване на дъга се появява с течение на времето, повърхностните зони в лагера стават крехки и малки парчета метал могат да се отчупят вътре в лагера.В крайна сметка повреденият материал си проправя път между сачмите на лагера и гнездата, причинявайки ефект на смилане, който може да доведе до издълбаване с микронни размери, наречено замръзване, или подобни на дъска ръбове в релсата на лагера, наречени рифления.

Някои двигатели могат да продължат да работят, тъй като щетите се влошават прогресивно, без никакви забележими проблеми.Първият признак на повреда на лагера обикновено е звуков шум, дължащ се на сачмите на лагера, които се движат над изрязаните и заскрежени зони.Но когато се появи този шум, щетите обикновено са станали достатъчно значителни, че повредата е неизбежна.

Обоснована на превенция

Индустриалните приложения обикновено не изпитват тези затруднения с лагерите на двигатели с променлива скорост, но в някои инсталации, като търговски сгради и обработка на багаж на летището, стабилното заземяване не винаги е налично.В тези случаи трябва да се използва друг метод за отклоняване на този ток от лагерите.Най-често срещаното решение е да добавите устройство за заземяване на вала към единия край на вала на двигателя, особено в приложения, където напрежението в общ режим може да бъде по-разпространено.Заземяването на вала по същество е средство за свързване на въртящия се ротор на двигателя към заземяването чрез рамката на двигателя.Добавянето на устройство за заземяване на вала към двигателя преди инсталирането (или закупуването на двигател с предварително инсталиран) може да бъде малка цена в сравнение с цената на разходите за поддръжка, свързани със смяната на лагера, да не говорим за високите разходи за престой в съоръжение.

Днес има няколко често срещани типа устройства за заземяване на валове в индустрията, като въглеродни четки, пръстеновидни влакнести четки и изолатори на заземяващи лагери, както и други методи за защита на лагерите също са налични.

Въглеродните четки се използват повече от 100 години и са подобни на въглеродните четки, използвани в DC моторни комутатори.Заземителните четки осигуряват електрическата връзка между въртящата се и неподвижната част на електрическата верига на двигателя и поемат тока от ротора към земята, така че зарядът да не се натрупва върху ротора до точката, в която се разрежда през лагерите.Четките за заземяване предлагат практично и икономично средство за осигуряване на път с нисък импеданс към земята, особено за двигатели с по-голяма рамка;те обаче не са без своите недостатъци.Както при двигателите с постоянен ток, четките са подложени на износване поради механичния контакт с вала и независимо от конструкцията на държача на четките, комплектът трябва периодично да се проверява, за да се осигури правилен контакт между четките и вала.

Пръстените за заземяване на вала работят като въглеродна четка, но съдържат множество нишки от електропроводими влакна, подредени вътре в пръстен около вала.Външната част на пръстена, която обикновено е монтирана към крайната плоча на двигателя, остава неподвижна, докато четките се движат по повърхността на вала на двигателя, насочвайки тока през четките и безопасно към земята.Пръстените за заземяване на вала могат да се монтират вътре в двигателя, което им позволява да се използват при промиване и двигатели с мръсно натоварване.Никой метод за заземяване на вал обаче не е перфектен, а заземяващите пръстени, монтирани отвън, са склонни да събират замърсители върху космите си, което може да намали тяхната ефективност.

Изолаторите на заземяващи лагери съчетават две технологии: безконтактен изолиращ щит от две части, който използва лабиринтно проектиране за предотвратяване на проникването на замърсители и метален ротор и изолиран пръстен с проводяща нишка за отклоняване на токове на вала от лагерите.Тъй като тези устройства също предотвратяват загубата на смазка и замърсяването, те заместват стандартните уплътнения на лагерите и традиционните лагерни изолатори.

Друг начин да се предотврати изпускането на ток през лагерите е да се произвеждат лагерите от непроводим материал.В керамичните лагери топките с керамично покритие защитават лагерите, като предотвратяват протичането на тока на вала през лагерите към двигателя.Тъй като през лагерите на двигателя не протича електрически ток, има малък шанс за износване, предизвикано от ток;обаче токът ще търси път към земята, което означава, че ще премине през прикачено оборудване.Тъй като керамичните лагери няма да отстранят тока от ротора, се препоръчват само специфични приложения с директно задвижване за двигатели с керамични лагери.Други недостатъци са цената за този стил на лагер на двигателя и фактът, че лагерите обикновено се предлагат само до размер 6311.

При двигатели, по-големи от 100 конски сили, обикновено се препоръчва да се монтира изолиран лагер на противоположния край на двигателя, на който е монтирано устройството за заземяване на вала, независимо от това кой стил на заземяване на вала се използва.

Три съвета за инсталиране на задвижване с променлива скорост

Три съображения за инженера по поддръжката, когато се опитва да намали напрежението в общ режим в приложения с променлива скорост, са:

1. Уверете се, че двигателят (и системата на двигателя) са правилно заземени.
2. Определете правилния баланс на носещата честота, който ще сведе до минимум нивата на шума, както и дисбаланса на напрежението.
3. Ако се счита за необходимо устройство за заземяване на вала, изберете това, което работи най-добре за приложението.

Когато има ток на лагера, няма универсално решение за всички.Жизненоважно е клиентът и доставчикът на двигателя и задвижването да работят заедно, за да идентифицират най-подходящото решение за конкретното приложение.