Električni motori igraju vitalnu ulogu u našem svakodnevnom životu – gdje živimo, radimo i igramo se.Jednostavno rečeno, oni čine da se skoro sve što se kreće, pokreće.Skoro 70 posto električne energije koju troši industrija koristi elektromotorni sistemi.1

Otprilike 75 posto industrijskih motora koji rade koristi se za pokretanje pumpi, ventilatora i kompresora, kategorije mašina koja je vrlo osjetljiva na velika poboljšanja efikasnosti2.Ove aplikacije često rade konstantnom brzinom, cijelo vrijeme, čak i kada nisu potrebne.Ovaj stalni rad troši energiju i proizvodi nepotrebne emisije CO2, ali kontrolom brzine motora možemo smanjiti potrošnju energije, štedeći energiju i smanjujući utjecaj na okoliš.

Jedan od načina za kontrolu brzine motora je korištenje pogona s promjenjivom brzinom (VSD), uređaja koji reguliše brzinu rotacije elektromotora mijenjajući frekvenciju i napon koji se dovodi do motora.Kontrolom brzine motora, pogon može smanjiti potrošnju energije (na primjer, smanjenje brzine rotirajuće opreme za 20 posto može smanjiti zahtjeve za ulaznom snagom za otprilike 50 posto3) i osigurati značajno poboljšanje u kontroli procesa i značajne uštede troškova rada tokom životnog vijeka. Od moA korisnih jer su VSD-ovi za uštedu energije u mnogim aplikacijama, mogu uzrokovati prijevremeni kvar motora ako nisu pravilno uzemljeni.Iako postoji mnogo različitih uzroka kvarova elektromotora, najčešći problem pri korištenju pogona je kvar ležaja uzrokovan uobičajenim naponom.

Oštećenje uzrokovano naponom uobičajenog načina rada

U trofaznom sistemu naizmenične struje, napon zajedničkog moda može se definisati kao neravnoteža prisutna između tri faze stvorena impulsnom širinom modulisane snage pretvarača, ili razlika napona između uzemljenja izvora napajanja i neutralne tačke trostruke fazno opterećenje.Ovaj fluktuirajući napon zajedničkog moda elektrostatički inducira napon na vratilu motora, a ovaj napon osovine može se isprazniti kroz namotaje ili kroz ležajeve.Moderni inženjerski dizajni, fazna izolacija i invertorska žica otporna na šiljke mogu pomoći u zaštiti namotaja;međutim, kada rotor vidi nagomilavanje napona, struja traži put najmanjeg otpora prema zemlji.U slučaju elektromotora, ovaj put prolazi direktno kroz ležajeve.

Budući da ležajevi motora koriste mast za podmazivanje, ulje u masti stvara film koji djeluje kao dielektrik, što znači da može prenositi električne sile bez provodljivosti.Međutim, s vremenom se ovaj dielektrik pokvari.Bez izolacijskih svojstava masti, napon vratila će se isprazniti kroz ležajeve, zatim kroz kućište motora, kako bi se postiglo električno uzemljenje.Ovo kretanje električne struje uzrokuje stvaranje luka u ležajevima, što se obično naziva obrada s električnim pražnjenjem (EDM).Kako se ovaj kontinuirani luk javlja tokom vremena, površine u prstenu ležaja postaju krte, a sićušni komadi metala mogu se odlomiti unutar ležaja.Na kraju, oštećeni materijal se probija između kuglica ležaja i prstenova, uzrokujući efekat brušenja, koji može proizvesti udubljenje mikronske veličine, zvano glazura, ili izbočine nalik na ploču za pranje u stazi klizanja ležaja, koje se nazivaju žljebovi.

Neki motori mogu nastaviti raditi kako se šteta progresivno pogoršava, bez ikakvih primjetnih problema.Prvi znak oštećenja ležaja je obično zvučna buka, zbog kuglica ležaja koje putuju preko izdubljenih i smrznutih područja.Ali do trenutka kada se ova buka pojavi, šteta je obično postala dovoljno velika da je kvar neminovan.

Utemeljen u prevenciji

Industrijske aplikacije obično ne doživljavaju ove poteškoće s ležajevima na motorima s promjenjivom brzinom, ali u nekim instalacijama, kao što su komercijalne zgrade i rukovanje prtljagom na aerodromu, robusno uzemljenje nije uvijek dostupno.U ovim slučajevima mora se koristiti druga metoda da se ova struja odvrati od ležajeva.Najčešće rješenje je dodavanje uređaja za uzemljenje vratila na jedan kraj osovine motora, posebno u aplikacijama gdje napon uobičajenog moda može biti veći.Uzemljenje osovine je u suštini sredstvo za povezivanje okretnog rotora motora sa uzemljenjem preko okvira motora.Dodavanje uređaja za uzemljenje vratila na motor prije instalacije (ili kupovina motora s prethodno instaliranim motorom) može biti mala cijena u usporedbi s cijenom troškova održavanja povezanih sa zamjenom ležajeva, a da ne spominjemo visoke troškove zastoja u objektu.

Danas postoji nekoliko uobičajenih tipova uređaja za uzemljenje vratila u industriji, kao što su karbonske četke, prstenaste vlaknaste četke i izolatori ležajeva za uzemljenje, a dostupne su i druge metode zaštite ležajeva.

Karbonske četke su u upotrebi više od 100 godina i slične su karbonskim četkicama koje se koriste na komutatorima DC motora.Četke za uzemljenje obezbeđuju električnu vezu između rotirajućih i stacionarnih delova električnog kola motora i odvode struju od rotora do zemlje tako da se naelektrisanje ne nakuplja na rotoru do tačke gde se prazni kroz ležajeve.Četke za uzemljenje nude praktičan i ekonomičan način za obezbjeđivanje puta niske impedancije do zemlje, posebno za motore većeg okvira;međutim, oni nisu bez svojih nedostataka.Kao i kod DC motora, četke su podložne trošenju zbog mehaničkog kontakta sa osovinom, i, bez obzira na dizajn držača četkica, sklop se mora periodično pregledavati kako bi se osigurao pravilan kontakt između četkica i osovine.

Prstenovi za uzemljenje osovine rade kao karbonska četka, ali sadrže više niti električno vodljivih vlakana raspoređenih unutar prstena oko osovine.Vanjski dio prstena, koji je tipično montiran na završnu ploču motora, ostaje nepomičan, dok se četke kreću po površini osovine motora, usmjeravajući struju kroz četke i sigurno na masu.Prstenovi za uzemljenje vratila mogu se montirati unutar motora, što im omogućava da se koriste na motorima za pranje i prljavim radnim pogonima.Međutim, nijedna metoda uzemljenja osovine nije savršena, a prstenovi za uzemljenje postavljeni spolja imaju tendenciju da skupljaju zagađivače na svojim čekinjama, što može smanjiti njihovu efikasnost.

Izolatori ležaja za uzemljenje kombinuju dvije tehnologije: dvodijelni, beskontaktni izolacijski štit koji koristi labirintski dizajn za sprječavanje ulaska zagađivača i metalni rotor i izolirani provodljivi prsten s filamentom za odvođenje struja vratila od ležajeva.Budući da ovi uređaji također sprječavaju gubitak maziva i kontaminaciju, oni zamjenjuju standardne zaptivke ležajeva i tradicionalne izolatore ležajeva.

Drugi način da se spriječi pražnjenje struje kroz ležajeve je proizvodnja ležajeva od neprovodnog materijala.U keramičkim ležajevima kuglice obložene keramikom štite ležajeve sprečavajući struju vratila da teče kroz ležajeve do motora.Budući da električna struja ne teče kroz ležajeve motora, mala je šansa za trošenje izazvano strujom;međutim, struja će tražiti put do zemlje, što znači da će proći kroz priključenu opremu.Budući da keramički ležajevi neće ukloniti struju iz rotora, za motore s keramičkim ležajevima preporučuju se samo posebne primjene s direktnim pogonom.Ostali nedostaci su cijena za ovaj stil ležaja motora i činjenica da su ležajevi obično dostupni samo do veličine 6311.

Na motorima većim od 100 konjskih snaga, općenito se preporučuje da se izolirani ležaj ugradi na suprotnom kraju motora na kojem je ugrađen uređaj za uzemljenje vratila, bez obzira na to koji se način uzemljenja vratila koristi.

Tri savjeta za ugradnju pogona s promjenjivom brzinom

Tri razmatranja za inženjera održavanja kada pokušavaju smanjiti napon zajedničkog moda u aplikacijama s promjenjivom brzinom su:

1. Uvjerite se da je motor (i sistem motora) pravilno uzemljen.
2. Odredite odgovarajući balans frekvencije nosioca, koji će minimizirati nivoe buke kao i neravnotežu napona.
3. Ako se smatra da je uređaj za uzemljenje osovine neophodan, odaberite onaj koji najbolje radi za primenu.

Kada postoji struja ležaja, ne postoji jedno rješenje za sve.Od vitalnog je značaja da kupac i dobavljač motora i pogona rade zajedno kako bi identificirali najprikladnije rješenje za specifičnu primjenu.