Niszczące działanie pradów wirowych
PRĄDY NISZCZĄCE W NOWOCZESNYCH NAPĘDACH Z PRZEMIENNIKAMI CZĘSTOTLIWOŚCI
W niektórych nowoczesnych instalacjach napędowych łożyska maszyn elektrycznych ulegają uszkodzeniu już w kilka miesięcy po uruchomieniu. Objawia się ono głośną pracą łożyska, występowaniem wibracji, a podczas oględzin bieżni można zauważyć równoległe, ciemne, gęste rysy ułożone prostopadle do toru przetaczania elementów tocznych.
Zjawisko to spowodowane to może być prądami łożyskowymi, które indukują się w wale silnika i przepływają do uziomu poprzez łożyska. Bardzo szybkie przełączanie zaworów przemienników częstotliwości (falowników) w nowoczesnych systemach napędowych może generować impulsy prądowe wysokiej częstotliwości przewodzone przez łożyska. Jeśli energia tych prądów jest wystarczająco duża, to wystąpi zjawisko przemieszczania się cząstek metalu między kulą łożyska a bieżnią. Zjawisko to jest znane jako elektryczne rozładowanie maszynowe (Electrical Discharge Machining - EDM). W rezultacie łożyska mogą wymagać wymiany już po bardzo krótkim czasie pracy.
W ostatnich latach daje się zauważyć rosnąca liczba uszkodzeń łożysk z powodu elektrycznego rozładowania maszynowego występujących w okresie od jednego do sześciu miesięcy po rozruchu. Zakres występowania tych uszkodzeń zależy od architektury systemu napędowego i użytej techniki instalacyjnej.
W ostatnich latach daje się zauważyć rosnąca liczba uszkodzeń łożysk z powodu elektrycznego rozładowania maszynowego występujących w okresie od jednego do sześciu miesięcy po rozruchu. Zakres występowania tych uszkodzeń zależy od architektury systemu napędowego i użytej techniki instalacyjnej.
Rodzaje prądów łożyskowych wysokiej częstotliwości.
Prądy łożyskowe wysokiej częstotliwości są indukowane na wale z powodu asymetrycznego rozpływu strumienia w silniku. Impulsy napięciowe z falownika zawierają tak wysokie częstotliwości, że indukcyjność rozproszenia uzwojeń silnika zapewnia drogę upływu prądu do uziomu. Indukuje to napięcie między końcami wału. Jeśli zaindukowane napięcie jest wystarczająco duże do pokonania impedancji cienkiej powłoki oleju na łożysku, zachodzi zjawisko przepływu cyrkulacyjnych prądów łożyskowych o wysokiej częstotliwości. Prądy łożyskowe są spowodowane istnieniem obwodu dla przepływu prądu od składowej zerowej napięcia w systemie napędowym. Powoduje ona powstanie potencjału pomiędzy wyjściem falownika i uziomem, który wymusza przepływ prądu poprzez impedancję rozproszenia.
Zjawisko impedancji łożysk.
Prąd płynący przez łożyska może ulegać nagłym wahaniom i zależy od stanu chwilowego łożyska. Przy bardzo małych prędkościach łożyska mają galwaniczne połączenie, gdyż bieżnie nie są izolowane warstwą oleju. Występuje zjawisko przerwania ciągłości filmu smarowego. Zatem impedancja łożysk określa poziom napięcia przy którym łożyska zaczynają przewodzić. Impedancja ta jest nieliniową funkcją obciążenia łożysk, prędkości obrotowej oraz użytego smaru i podlega ona chwilowym zmianom.
Zapobieganie zniszczeniom przez prądy łożyskowe wysokiej częstotliwości.
Są trzy sposoby oddziaływania na prądy łożyskowe: właściwy system okablowania i uziemienia; przerwanie pętli prądu łożysk; oraz tłumienie prądu wysokiej częstotliwości składowej kolejności zerowej. Napęd z płynną regulacją prędkości może być skutecznie uziemiony dla składowych zerowych kolejność prądu wysokich częstotliwości, jeśli stosowane są następujące zalecenia:
1. Używać tylko symetrycznych wielożyłowych kabli silnika.
2. Określić krótką, nisko impedancyjną drogę powrotu dla prądu składowej kolejności zerowej do falownika.
3. Dodać należy połączenia wyrównawcze dla wysokich częstotliwości pomiędzy instalacją i znanymi punktami odniesienia potencjału ziemi, aby wyrównać potencjały odpowiednich części, używając miedzianej plecionki taśmowej o szerokości 50-100 mm.
4. Stosować wkładki izolacyjne między silnikiem i podstawą.
5. Montować w silniku łożyska z izolowanym pierścieniem zewnętrznym.
2. Określić krótką, nisko impedancyjną drogę powrotu dla prądu składowej kolejności zerowej do falownika.
3. Dodać należy połączenia wyrównawcze dla wysokich częstotliwości pomiędzy instalacją i znanymi punktami odniesienia potencjału ziemi, aby wyrównać potencjały odpowiednich części, używając miedzianej plecionki taśmowej o szerokości 50-100 mm.
4. Stosować wkładki izolacyjne między silnikiem i podstawą.
5. Montować w silniku łożyska z izolowanym pierścieniem zewnętrznym.
Niestety tylko nieliczne Firmy łożyskowe produkują takie łożyska w bardzo ograniczonym zakresie typów i wielkości.