Električni motorji igrajo ključno vlogo v našem vsakdanjem življenju – kjer živimo, delamo in se igramo.Preprosto povedano, naredijo, da se premika skoraj vse, kar se premika.Skoraj 70 odstotkov električne energije, ki jo porabi industrija, porabijo elektromotorni sistemi.1

Približno 75 odstotkov industrijskih motorjev, ki delujejo, se uporablja za poganjanje črpalk, ventilatorjev in kompresorjev, kategorije strojev, ki so zelo dovzetni za velike izboljšave učinkovitosti2.Te aplikacije pogosto delujejo s konstantno hitrostjo, ves čas, tudi kadar niso potrebne.To stalno delovanje zapravlja energijo in povzroča nepotrebne emisije CO2, vendar lahko z nadzorovanjem hitrosti motorja zmanjšamo porabo energije, prihranimo energijo in zmanjšamo vpliv na okolje.

Eden od načinov za nadzor hitrosti motorja je uporaba pogona s spremenljivo hitrostjo (VSD), naprave, ki uravnava vrtilno hitrost elektromotorja s spreminjanjem frekvence in napetosti, ki se dovajata motorju.Z nadzorovanjem hitrosti motorja lahko pogon zmanjša porabo energije (na primer zmanjšanje hitrosti vrtljive opreme za 20 odstotkov lahko zmanjša zahteve po vhodni moči za približno 50 odstotkov3) in zagotovi znatno izboljšanje nadzora procesa in znatne prihranke stroškov delovanja skozi življenjsko dobo. Ker so VSD-ji uporabni za varčevanje z energijo v številnih aplikacijah, lahko povzročijo prezgodnjo okvaro motorja, če niso pravilno ozemljeni.Čeprav obstaja veliko različnih vzrokov za okvare elektromotorja, je najpogostejša težava pri uporabi pogona okvara ležaja zaradi napetosti običajnega načina.

Poškodbe zaradi napetosti običajnega načina

V trifaznem sistemu izmeničnega toka lahko napetost v običajnem načinu definiramo kot neravnovesje med tremi fazami, ki nastane z impulzno modulirano močjo pogona, ali napetostno razliko med ozemljitvijo vira napajanja in nevtralno točko tri- fazna obremenitev.Ta nihajoča napetost skupnega načina elektrostatično inducira napetost na gredi motorja in ta napetost gredi se lahko izprazni skozi navitja ali skozi ležaje.Sodobne inženirske zasnove, fazna izolacija in pretvorniška žica, odporna na trne, lahko pomagajo zaščititi navitja;ko pa rotor opazi kopičenje napetostnih konic, tok išče pot najmanjšega upora proti zemlji.V primeru elektromotorja ta pot poteka neposredno skozi ležaje.

Ker ležaji motorja uporabljajo mast za mazanje, olje v masti tvori film, ki deluje kot dielektrik, kar pomeni, da lahko prenaša električne sile brez prevodnosti.Sčasoma pa se ta dielektrik pokvari.Brez izolacijskih lastnosti masti se napetost gredi izprazni skozi ležaje, nato skozi ohišje motorja, da doseže električno ozemljitev.To gibanje električnega toka povzroči oblok v ležajih, ki se običajno imenuje obdelava z električnim praznjenjem (EDM).Ker sčasoma prihaja do tega nenehnega obloka, postanejo površine v ležaju krhke in drobni kosi kovine se lahko odlomijo v notranjosti ležaja.Sčasoma se poškodovani material prebije med krogle ležaja in naramnicami, kar povzroči učinek mletja, ki lahko povzroči mikronske luknje, ki se imenujejo zmrzovanje, ali izbokline, podobne pralni plošči, v ležajni poti, imenovane žlebovi.

Nekateri motorji lahko še naprej delujejo, ko se škoda postopoma poslabša, brez opaznih težav.Prvi znak poškodbe ležaja je običajno slišen hrup, ki ga povzročajo kroglice ležaja, ki potujejo po razpokanih in zmrzlih območjih.Toda v času, ko se pojavi ta hrup, škoda običajno postane dovolj velika, da je neuspeh neizbežen.

Utemeljeno v preventivi

Industrijske aplikacije običajno nimajo teh težav z ležaji pri motorjih s spremenljivo hitrostjo, vendar v nekaterih napravah, kot so komercialne zgradbe in letališka prtljaga, robustna ozemljitev ni vedno na voljo.V teh primerih je treba uporabiti drugo metodo za preusmeritev tega toka stran od ležajev.Najpogostejša rešitev je, da na en konec gredi motorja dodate napravo za ozemljitev gredi, zlasti v aplikacijah, kjer je napetost običajnega načina lahko bolj razširjena.Ozemljitev gredi je v bistvu sredstvo za povezavo vrtljivega rotorja motorja z ozemljitvijo preko okvirja motorja.Dodajanje naprave za ozemljitev gredi motorju pred namestitvijo (ali nakup motorja z vnaprej nameščenim motorjem) je lahko majhna cena v primerjavi s ceno stroškov vzdrževanja, povezanih z zamenjavo ležajev, da ne omenjamo visokih stroškov izpad v objektu.

Danes je v industriji več pogostih vrst naprav za ozemljitev gredi, kot so ogljikove ščetke, obročaste ščetke iz vlaken in izolatorji ozemljitvenih ležajev, na voljo pa so tudi druge metode zaščite ležajev.

Ogljikove ščetke so v uporabi že več kot 100 let in so podobne ogljikovim ščetkam, ki se uporabljajo na komutatorjih enosmernih motorjev.Krtače za ozemljitev zagotavljajo električno povezavo med vrtljivim in stacionarnim delom električnega tokokroga motorja in odvajajo tok iz rotorja v zemljo, tako da se naboj ne kopiči na rotorju do točke, kjer se izprazni skozi ležaje.Krtače za ozemljitev ponujajo praktično in ekonomično sredstvo za zagotavljanje poti z nizko impedanco do tal, zlasti za motorje z večjim okvirjem;vendar niso brez pomanjkljivosti.Tako kot pri enosmernih motorjih so tudi krtače izpostavljene obrabi zaradi mehanskega stika z gredjo, in ne glede na zasnovo držala ščetk, je treba sklop redno pregledovati, da se zagotovi pravilen stik med ščetkami in gredjo.

Ozemljitveni obroči gredi delujejo kot ogljikova krtača, vendar vsebujejo več pramenov električno prevodnih vlaken, razporejenih znotraj obroča okoli gredi.Zunanji del obroča, ki je običajno nameščen na končno ploščo motorja, ostane nepremičen, medtem ko ščetke vozijo po površini gredi motorja in usmerjajo tok skozi krtače in varno na zemljo.Ozemljitvene obroče je mogoče namestiti v motor, kar omogoča njihovo uporabo pri pralnih in umazanih motorjih.Nobena metoda ozemljitve jaška pa ni popolna, ozemljitveni obroči, nameščeni od zunaj, pa nabirajo onesnaževalce na svojih ščetinah, kar lahko zmanjša njihovo učinkovitost.

Izolatorji ozemljitvenih ležajev združujejo dve tehnologiji: dvodelni, brezkontaktni izolacijski ščit, ki uporablja labirintno zasnovo za preprečevanje vdora onesnaževalcev ter kovinski rotor in izoliran prevodni obroč z žarilno nitko za preusmeritev tokov gredi stran od ležajev.Ker te naprave preprečujejo tudi izgubo maziva in kontaminacijo, nadomeščajo standardna tesnila ležajev in tradicionalne izolatorje ležajev.

Drug način za preprečevanje praznjenja toka skozi ležaje je izdelava ležajev iz neprevodnega materiala.V keramičnih ležajih kroglice, prevlečene s keramiko, ščitijo ležaje tako, da preprečujejo pretok toka gredi skozi ležaje do motorja.Ker električni tok ne teče skozi ležaje motorja, je malo možnosti za obrabo zaradi toka;vendar bo tok iskal pot do zemlje, kar pomeni, da bo šel skozi pritrjeno opremo.Ker keramični ležaji ne bodo odstranili toka iz rotorja, se za motorje s keramičnimi ležaji priporočajo samo posebne aplikacije z neposrednim pogonom.Druge pomanjkljivosti so stroški za ta tip ležaja motorja in dejstvo, da so ležaji običajno na voljo le do velikosti 6311.

Pri motorjih, večjih od 100 konjskih moči, je na splošno priporočljivo, da se na nasprotnem koncu motorja, na katerem je nameščena naprava za ozemljitev gredi, namesti izolirani ležaj, ne glede na to, kateri način ozemljitve gredi je uporabljen.

Trije nasveti za namestitev pogona s spremenljivo hitrostjo

Trije pomisleki za inženirja za vzdrževanje, ko poskuša zmanjšati napetost običajnega načina v aplikacijah s spremenljivo hitrostjo, so:

1. Prepričajte se, da je motor (in sistem motorja) pravilno ozemljen.
2. Določite ustrezno ravnotežje nosilne frekvence, ki bo zmanjšalo raven hrupa in napetostno neravnovesje.
3. Če se zdi, da je naprava za ozemljitev jaška potrebna, izberite tisto, ki najbolje deluje za uporabo.

Ko je prisoten tok ležaja, ni rešitve, ki bi ustrezala vsem.Za stranko ter dobavitelj motorja in pogona je ključnega pomena, da sodelujeta pri prepoznavanju najustreznejše rešitve za določeno uporabo.