Električni motori igraju vitalnu ulogu u našem svakodnevnom životu – gdje živimo, radimo i igramo se.Jednostavno rečeno, oni čine da se gotovo sve što se kreće.Gotovo 70 posto električne energije koju troši industrija koriste elektromotorni sustavi.1

Otprilike 75 posto industrijskih motora koji rade koristi se za pokretanje pumpi, ventilatora i kompresora, kategorije strojeva koja je vrlo osjetljiva na velika poboljšanja učinkovitosti2.Ove aplikacije često rade stalnom brzinom, cijelo vrijeme, čak i kada nisu potrebne.Ovaj stalni rad troši energiju i proizvodi nepotrebne emisije CO2, ali kontroliranjem brzine motora možemo smanjiti potrošnju energije, štedeći energiju i smanjujući utjecaj na okoliš.

Jedan od načina kontrole brzine motora je korištenje pogona s promjenjivom brzinom (VSD), uređaja koji regulira brzinu rotacije elektromotora mijenjajući frekvenciju i napon koji se dovodi u motor.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 tijekom životnog vijeka Od moA korisnih jer su VSD-ovi za uštedu energije u mnogim aplikacijama, mogu uzrokovati prerano 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 uobičajenim naponom

U trofaznom sustavu izmjenične struje, napon zajedničkog moda može se definirati kao neravnoteža prisutna između tri faze stvorena širinom impulsa modulirane snage pogona, ili razlika napona između mase izvora napajanja i neutralne točke trostruke fazno opterećenje.Ovaj fluktuirajući napon zajedničkog moda elektrostatički inducira napon na osovini motora, a taj napon osovine može se isprazniti kroz namote ili kroz ležajeve.Suvremeni inženjerski dizajn, fazna izolacija i žica otporna na šiljke pretvarača mogu pomoći u zaštiti namota;međutim, kada rotor vidi nakupljanje napona, struja traži put najmanjeg otpora prema zemlji.U slučaju elektromotora, ovaj put prolazi izravno 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 vođenja.Međutim, s vremenom se ovaj dielektrik pokvari.Bez izolacijskih svojstava masti, napon osovine 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 događa tijekom vremena, površine u utoru ležaja postaju krhke, a sićušni komadi metala mogu se odlomiti unutar ležaja.Na kraju, oštećeni materijal probija se između kuglica ležaja i utora, uzrokujući učinak brušenja, koji može proizvesti udubljenje mikronske veličine, zvano glazura, ili izbočine poput ploče za pranje u stazi ležaja, koje se nazivaju žljebovi.

Neki motori mogu nastaviti raditi kako se šteta progresivno pogoršava, bez ikakvih primjetnih problema.Prvi znak oštećenja ležaja obično je zvučni šum zbog toga što kuglice ležaja putuju preko izdubljenih i zaleđenih područja.Ali u trenutku kada se pojavi ova buka, šteta je obično postala dovoljno velika da je kvar neminovan.

Utemeljen u prevenciji

Industrijske aplikacije obično ne nailaze na te poteškoće s ležajevima na motorima s promjenjivom brzinom, ali u nekim instalacijama, kao što su poslovne zgrade i rukovanje prtljagom u zračnim lukama, robusno uzemljenje nije uvijek dostupno.U tim se slučajevima mora koristiti druga metoda da se ova struja odvrati od ležajeva.Najčešće rješenje je dodavanje uređaja za uzemljenje osovine na jedan kraj osovine motora, posebno u aplikacijama gdje napon uobičajenog načina rada može biti prevladavajući.Uzemljenje osovine je u biti sredstvo za spajanje okretnog rotora motora na uzemljenje preko okvira motora.Dodavanje uređaja za uzemljenje osovine na motor prije ugradnje (ili kupnja motora s prethodno instaliranim motorom) može biti mala cijena u usporedbi s cijenom troškova održavanja povezanih sa zamjenom ležaja, a da ne spominjemo visoke troškove zastoja u objektu.

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

Ugljene četke su u upotrebi više od 100 godina i slične su karbonskim četkama koje se koriste na komutatorima istosmjernih motora.Četke za uzemljenje osiguravaju električnu vezu između rotirajućih i stacionarnih dijelova električnog kruga motora i odvode struju od rotora do zemlje tako da se naboj ne nakuplja na rotoru do točke gdje se prazni kroz ležajeve.Četke za uzemljenje nude praktično i ekonomično sredstvo za osiguravanje puta niske impedancije do zemlje, posebno za veće motore okvira;međutim, nisu bez svojih nedostataka.Kao i kod istosmjernih motora, četke su podložne trošenju zbog mehaničkog kontakta s osovinom, te, bez obzira na dizajn držača četkica, sklop se mora povremeno pregledavati kako bi se osigurao pravilan kontakt između četkica i osovine.

Prstenovi za uzemljenje osovine rade poput ugljične četke, ali sadrže više niti električno vodljivih vlakana raspoređenih unutar prstena oko osovine.Vanjski dio prstena, koji je obično 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 osovine mogu se montirati unutar motora, što im omogućuje da se koriste na motorima koji rade s pranjem i prljavim radnim uvjetima.Međutim, nijedna metoda uzemljenja osovine nije savršena, a prstenovi za uzemljenje postavljeni izvana imaju tendenciju skupljati onečišćenja na svojim čekinjama, što može smanjiti njihovu učinkovitost.

Izolatori ležaja za uzemljenje kombiniraju dvije tehnologije: dvodijelni, beskontaktni izolacijski štit koji koristi labirintski dizajn kako bi spriječio ulazak onečišćenja i metalni rotor i izolirani prsten s vodljivim vlaknima za preusmjeravanje struja osovine od ležajeva.Budući da ovi uređaji također sprječavaju gubitak maziva i onečišćenje, oni zamjenjuju standardne brtve ležaja i tradicionalne izolatore ležaja.

Drugi način za sprječavanje pražnjenja struje kroz ležajeve je proizvodnja ležajeva od nevodljivog materijala.U keramičkim ležajevima kuglice obložene keramikom štite ležajeve sprječavajući strujanje osovine da teče kroz ležajeve do motora.Budući da električna struja ne teče kroz ležajeve motora, mala je šansa za trošenje uzrokovano 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 izravnim pogonom.Ostali nedostaci su cijena za ovaj stil ležaja motora i činjenica da su ležajevi obično dostupni samo do veličine 6311.

Kod motora veće od 100 konjskih snaga općenito se preporuča da se izolirani ležaj ugradi na suprotni kraj motora na koji je ugrađen uređaj za uzemljenje osovine, 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 zajednički napon u aplikacijama s promjenjivom brzinom su:

1. Provjerite je li motor (i sustav motora) ispravno uzemljen.
2. Odredite odgovarajuću ravnotežu frekvencije nosioca, koja će minimizirati razinu buke, kao i neravnotežu napona.
3. Ako se uređaj za uzemljenje osovine smatra potrebnim, odaberite onaj koji najbolje funkcionira za primjenu.

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.