Лагерни токове, причинени от честотен преобразувател (VFD) са блуждащи електрически разряди, които преминават през лагерите на двигател, защото бързото превключване на честотния преобразувател оставя напрежение на вала, което няма къде да се разсее.
Ако се остави без защита, този разряд бавно искрово ерозира повърхностите на лагерните пътеки, докато мотор, който би трябвало да работи с години, се повреди за месеци, а поправката е рутинна, добре позната и евтина в сравнение с повредата.
Честотният преобразувател не издава чист синус. Той го изгражда от хиляди бързи DC импулси (широчинно-импулсна модулация, или ШИМ) превключвани от IGBT транзистори, обикновено с носеща честота в диапазона 2, 16 kHz.
Всеки фронт на импулса нараства от нула до пълното напрежение на DC шината за част от микросекунда, в сравнение със за няколко милисекунди, които отнема синусоидалното напрежение на мрежата да достигне пик. Този бърз фронт е целият проблем: не работната честота на мотора уврежда лагерите, а скоростта на превключване на изходната стъпка на преобразувателя.
В здрав трифазен системен моментният сбор на трите фазови напрежения е нула. ШИМ-превключването не поддържа този сбор нула във всеки момент, така че възниква остатъчно „общорежимно“ напрежение между намотките на статора и заземения корпус на мотора.
Това общорежимно напрежение се свързва през малката въздушна междина между статора и ротора чрез паразитна капацитивност, по същия начин по който кондензатор предава променлив сигнал през изолационна междина. Резултатът е напрежение, което се появява на ротора и, тъй като роторът и валът са един и същ електрически непрекъснат стоманен детайл, и на самия вал.
Лагерът с движещи се елементи (топки или ролки) не представлява твърда електрическа връзка между вала и корпуса. Микроскопично тънък смазочен филм отделя елементите от пътеките на лагера и този филм се държи едновременно като малък кондензатор и като диелектрична бариера. Докато напрежението на вала остава ниско, филмът изолира.
След като напрежението през филма превиши диелектричната му пробивна якост, филмът се пробива и кратък, интензивен искров разряд прескача през него, точно като миниатюрен процес на електроерозийна обработка (EDM). Затова индустрията нарича този режим на повреда EDM-повреждане от лагерни токове: физиката е същият процес, използван умишлено в EDM, само че тук е нежелан и неконтролиран.
Всеки разряд отнема микроскопично количество метал от повърхността на пътеката и на тялото на тялото на търкалящия елемент. Сам по себе си един искров разряд не е фатален. Повтарящ се хиляди пъти в секунда по време на работа, увреждането се натрупва в разпознаваема прогресия:
Тъй като набраздяването има посочен, периодичен подпис, а не случаен питиing типичен за замърсяване или проблем със смазване, то е едно от по-отличимите проявления сред общите режими и симптоми на повреда на лагери.
NEMA MG1 Част 31 препоръчва да се обмисли изолация на лагерите, когато пиковото напрежение на вала надвиши 300 миливолта, и конкретно посочва това за двигатели с рамкови размери обикновено 500 и по-големи. IEC TS 60034-25 дава подобни препоръки от международна гледна точка, препоръчвайки изолиран лагер в края, противоположен на задвижването, за по-големи машини, захранвани от инвертор, за да се прекъсне пътят на циркулиращия ток. Рискът нараства с размера на рамката на мотора, с по-дългите кабелни трасета до мотора (които увеличават напрежението от отразени вълни, което виждат клемите на мотора) и с по-високи настройки на носещата честота на ШИМ, тъй като повече събития на превключване в секунда означават повече възможности за разряд в секунда.
| Фактор на риска | Ефект върху риска от лагерни токове |
|---|---|
| По-голям размер на рамката (NEMA 500+ според MG1 Част 31) | По-висок; стандартът изрично препоръчва преглед на изолацията |
| Дълги кабелни трасета до мотора | По-висок; увеличава напрежителния стрес от отразени вълни |
| Висока носеща честота на ШИМ | По-висок; повече фронтове на превключване в секунда |
| Незаземен или слабо свързан корпус на мотора | По-висок; общорежимният ток търси всеки наличен път, включително през лагера |
Земящ пръстен за вала се монтира около вала и осигурява нискоимпедансен път от вала до корпуса на мотора, който заобикаля лагера напълно, използвайки проводими микрофибри или подобен елемент за непрекъснат контакт, вместо да разчита на смазочния филм на лагера да пренася тока.
Правилно инсталиран и поддържан, той дава на общорежимния ток лесен път „домой“ преди да може да се натрупа достатъчно напрежение, за да пробие масления филм.
Това е едно от най-евтините защитни средства и обикновено се добавя в края на мотора, противоположен на задвижването, който е и мястото където по време на ретрофит на VFD се оценяват заедно класът на изолация на мотора и изборът на лагери.
Изолираният лагер използва керамично покритие или керамични (хибридни) търкалящи елементи, за да прекъсне електрическата верига на едно лагерно място, обикновено в края, противоположен на задвижването, така че токът не може да завърши път през този лагер. Това не премахва общорежимното напрежение; просто му отказва път през защитения лагер.
Тъй като токът все още ще търси път с най-ниско съпротивление, изолирането само на един лагер без да се третира напрежението на вала в източника може да избута повече ток през другия, незашит лагер, затова изолираните лагери обикновено се използват в комбинация със земящ пръстен за вала, а не самостоятелно.
Филтър за dv/dt се поставя между преобразувателя и мотора и забавя скоростта на нарастване на напрежението при всеки фронт на превключване, намалявайки бързото dv/dt, което първоначално задвижва капацитивното свързване в общорежимно напрежение. Изходните реактори предлагат по-лека и по-евтина версия на същата идея за по-къси кабелни трасета.
Тъй като тези устройства адресират напрежението в неговия източник, вместо да го пренасочват след факта, те са най-пълното решение, особено при нови инсталации с дълги кабелни трасета, където ефектите от отразени вълни утежняват проблема, и се съчетават добре с проверки на общото качество на електрозахранването по фидера.
Нито една от тези защити не изисква предположения, след като завода знае кои мотори са в риск: всеки мотор, захранван от VFD с NEMA рамка 500 или по-голяма, всеки мотор на дълго кабелно трасе и всеки мотор, който вече показва този „вълнообразен“ вибрационен подпис.
Напрежението на вала може да се измери директно с осцилоскоп и заземителна четка, а периодичните вибрационни и температурни проверки (виж термография срещу анализ на вибрации ) улавят набраздяването преди то да стане повреда.
Fabrico чете състоянието на машината и OEE директно от линията и автоматично маршрутизира работна поръчка в момента, в който се появи загуба като ранно набраздяване, улавяйки това, което само фиксиран праг на сензор би пропуснал, и работи с EU-built, с EU data residency и съответствие с ISO 27001, ISO 20000-1 и ISO 9001.
Запишете демонстрация на Fabrico , за да го видите на вашата линия.
Всеки мотор, управляван с ШИМ, развива някакво общорежимно напрежение на вала. Дали то става вредно зависи от величината на напрежението на вала, размера на рамката на мотора, дължината на кабела, качеството на заземяване и свързване и носещата честота. Малки мотори на къси, добре свързани кабелни трасета при ниски носещи честоти често работят с години без проблем.
Да. Земящите пръстени за вала са проектирани като добавка, която се монтира около открития вал, обикновено при капака на вентилатора в края, противоположен на задвижването, без да е необходимо мотора да бъде презавит или лагерът да се сменя.
Анализът на вибрациите е основният неинвазивен метод. Набраздяването създава отличителен вибрационен подпис на честоти, свързани с честотите на преминаване на топките/ролките и на клетката, който се вижда ясно в спектъра преди лагерът да бъде разглобен за визуална потвърждение.
Не. Заземяването на корпуса е необходимо за безопасност и за това общорежимният ток да има път обратно към преобразувателя, но то не спира същия този ток да търси и кратък път през лагера. Земянето на вала, изолираните лагери и филтрите за dv/dt адресират конкретно пътя през лагера.
Вход
Блог
