Jak prodloužit životnost vašich motorových ložisek
Elektrické motory hrají v našem každodenním životě klíčovou roli - tam, kde žijeme, pracujeme a zábavíme se. Jednoduše řečeno, umožňují téměř všemu, co se pohybuje, aby se pohybovalo. Téměř 70 procent elektřiny spotřebované průmyslem se používá pro elektrické motory1.
Zhruba 75 procent průmyslových motorů v provozu se používá k provozu čerpadel, ventilátorů a kompresorů, kategorie strojů, která je velmi náchylná na výrazné zlepšení účinnosti2. Tyto aplikace často pracují s konstantní rychlostí po celou dobu, dokonce i když není potřeba. Tato konstantní činnost plýtvá energií a produkuje zbytečné emise CO2, ale ovládáním rychlosti motoru můžeme snížit spotřebu energie, ušetřit energii a snížit dopad na životní prostředí.
Jedním způsobem, jak ovládat rychlost motoru, je použití regulátoru rychlosti (VSD), zařízení, které reguluje otáčky elektrického motoru změnou frekvence a napětí přivedených na motor. Ovládáním rychlosti motoru může regulátor snížit spotřebu energie (např. snížení rychlosti rotačního zařízení o 20 procent může snížit požadavky na vstupní výkon o přibližně 50 procent3) a poskytnout významné zlepšení řízení procesu a úspory provozních nákladů během životnosti motoru.
Jak užitečné mohou být regulátory rychlosti pro úsporu energie v mnoha aplikacích, mohou způsobit předčasné selhání motoru, pokud nejsou správně uzemněny. Ačkoliv existuje mnoho různých příčin selhání elektrických motorů, nejčastějším problémem při použití regulátoru je selhání ložisek způsobené společným režimovým napětím.
Poškození způsobené společným režimovým napětím
V trojfázovém systému střídavého proudu se společné režimové napětí může definovat jako nerovnováha mezi třemi fázemi vytvořená pulzně šířkově modulovanou silou regulovaného napájení nebo napěťovým rozdílem mezi zemí zdroje napájení a neutrálním bodem třífázového zatížení. Toto pulzující společné režimové napětí elektrostaticky indukuje napětí na hřídeli motoru, a toto napětí může být vybíjeno buď přes vinutí nebo přes ložiska. Moderní inženýrské návrhy, izolace fází a odolné dráty pro vysokofrekvenční střídače mohou pomoci chránit vinutí; nicméně, když rotor vidí akumulaci napěťových špiček, proud hledá cestu nejmenšího odporu k zemi. V případě elektrického motoru tato cesta vede přímo přes ložiska.
Protože motorová ložiska využívají mazivo pro mazání, olej v mazivu vytváří film, který působí jako dielektrikum, což znamená, že může přenášet elektrické síly bez vedení. Avšak s časem se toto dielektrikum rozpadá. Bez izolačních vlastností maziva se napětí na hřídeli vybije přes ložiska, poté přes skříň motoru, aby se dosáhlo elektrického uzemnění. Tento pohyb elektrického proudu způsobuje obloukování v ložiscích, často označované jako elektrické výbojové obrábění (EDM). Jak se toto neustálé obloukování vyskytuje v průběhu času, plochy v závěsu ložiska se stávají křehkými a malé kousky kovu mohou v ložisku prasknout. Nakonec se poškozený materiál dostane mezi kuličky a závěsy ložiska, což způsobuje brusivý efekt, který může produkovat pitting ve velikosti mikronů, nazývané frostování, nebo kýlovité rýhy v dráze závěsu ložiska, nazývané drsnost.
Napojení na prevenci
Průmyslové aplikace obvykle nezažívají tyto potíže s ložisky na motoru s regulací rychlosti, ale v některých instalacích, jako jsou komerční budovy a manipulace s letištními zavazadly, není vždy k dispozici pevná uzemnění.
V těchto případech musí být použita jiná metoda k odvádění tohoto proudu pryč od ložisek. Nejčastějším řešením je přidání zařízení pro uzemnění hřídele na jednom konci motorového hřídele, zejména v aplikacích, kde může být společné režimové napětí výraznější. Uzemňovací zařízení pro hřídel je v podstatě prostředkem k propojení otáčejícího se rotoru motoru s elektrickým zemním spojením prostřednictvím rámu motoru. Přidání zařízení pro uzemnění hřídele k motoru před instalací (nebo koupě motoru s již předinstalovaným zařízením) může být malou cenou za srovnání s náklady na údržbu spojené s výměnou ložisek, a to ani nemluvě o vysokých nákladech na odstávky v zařízení.
V průmyslu existuje několik běžných typů zařízení pro uzemnění hřídele, jako jsou uhlíkové kartáče, kroužkové vláknové kartáče a izolované uzemňovací ložiska a jsou k dispozici i jiné metody ochrany ložisek.
Uhlíkové kartáče se používají již více než 100 let a jsou podobné uhlíkovým kartáčům používaným na komutátorech stejnosměrných motorů. Uzemňovací kartáče poskytují elektrické spojení mezi otáčejícími se a stacionárními částmi elektrického obvodu motoru a odebírají proud z rotoru do země, aby se náboj nekumuloval na rotoru až do té míry, kdy se vybije přes ložiska. Uzemňovací kartáče nabízejí praktické a ekonomické řešení pro poskytnutí nízkoimpedanční cesty k zemi, zejména pro větší rámové motory, nicméně mají své nevýhody. Stejně jako u stejnosměrných motorů jsou kartáče vystaveny opotřebení kvůli mechanickému kontaktu s hřídelem a bez ohledu na design držáku kartáče musí být sestava pravidelně kontrolována, aby se zajistilo správné spojení mezi kartáči a hřídelem.
Uzemňovací kroužky fungují spořádaná v kruhu kolem hřídele. Vnější část kroužku, která je obvykle namontována na koncovce motoru, zůstává nepohyblivá, zatímco kartáče se pohybují po povrchu motorového hřídele, vedou proud skrze kartáče a bezpečně ho odvádějí do země. Uzemňovací kroužky lze namontovat uvnitř motoru, což umožňuje jejich použití u motorů určených pro mytí a provoz v špinavém prostředí. Žádná metoda uzemnění hřídele není dokonalá, kroužky uzemnění náchylné k hromadění kontaminantů na kartáčích, což může snížit jejich účinnost.