EN
Γιατί οι κινητήρες με Μετατροπέα Συχνότητας (VFD) προκαλούν ζημιά στα κουζινέτα;
Σύντομη απάντηση
Οι μετατροπείς συχνότητας (VFDs) μπορούν να δημιουργήσουν τάση στον άξονα λόγω της υψηλής συχνότητας διακοπής εντός του αντιστροφέα. Όταν αυτή η τάση συσσωρεύεται, ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να εκκενωθεί μέσω των κιβωτίων κύλισης του κινητήρα. Με τον καιρό, αυτές οι επαναλαμβανόμενες εκκενώσεις προκαλούν φθορά στις επιφάνειες των κιβωτίων κύλισης, οδηγώντας σε πιτινγκ, θόρυβο, δονήσεις και πρόωρη αποτυχία. Η εγκατάσταση δακτυλίου γείωσης του άξονα μπορεί να αποκαταστήσει την ασφαλή διαρροή του ρεύματος προς τη γείωση και να αποτρέψει τη φθορά των κιβωτίων κύλισης.
Η αυξανόμενη χρήση κινητήρων με μετατροπείς συχνότητας (VFD)
Οι μετατροπείς συχνότητας (VFDs) χρησιμοποιούνται ευρέως για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων. Είναι συνηθισμένοι σε βιομηχανικά συστήματα όπως αντλίες, συμπιεστές, εξοπλισμός ΚΕΝΥ και συστήματα μεταφοράς.
Ωστόσο, πολλοί μηχανικοί παρατηρούν ένα ανεπίτρεπτο πρόβλημα μετά την εγκατάσταση συστημάτων VFD: τα κιβώτια κύλισης των κινητήρων αρχίζουν να αποτυγχάνουν πολύ νωρίτερα από ό,τι αναμενόταν.
Αυτό το πρόβλημα δεν οφείλεται σε κακή λίπανση ή μηχανική υπερφόρτωση. Σε πολλές περιπτώσεις, η πραγματική αιτία είναι η ηλεκτρική φθορά εντός του κιβωτίου κύλισης.
Πώς οι μετατροπείς συχνότητας (VFDs) δημιουργούν τάση στον άξονα
Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές πηγές τροφοδοσίας που παρέχουν ομαλή ημιτονοειδή τάση, οι μετατροπείς συχνότητας (VFD) ρυθμίζουν την ταχύτητα του κινητήρα με χρήση διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM). Αυτή η μέθοδος ενεργοποιεί και απενεργοποιεί την τάση με μεγάλη ταχύτητα και σε υψηλές συχνότητες.
Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας εναλλαγής, παράγεται ένα φαινόμενο που ονομάζεται τάση κοινής λειτουργίας (common-mode voltage).
Αυτή η τάση μπορεί να επάγει ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ του άξονα του κινητήρα και του πλαισίου του. Καθώς ο κινητήρας λειτουργεί, η τάση στον άξονα αυξάνεται σταδιακά.
Όταν η τάση γίνει επαρκώς ισχυρή ώστε να διαπεράσει το λεπτό φιλμ λιπαντικού εντός της δακτυλιοφόρου βάσης (bearing), συμβαίνει ηλεκτρική εκκένωση.
Τι συμβαίνει εντός της δακτυλιοφόρου βάσης
Κάθε εκκένωση είναι εξαιρετικά μικρή, αλλά συμπεριφέρεται ως μικροσκοπική σπίθα μεταξύ μεταλλικών επιφανειών.
Χιλιάδες τέτοιες σπίθες μπορούν να προκύψουν κάθε δευτερόλεπτο κατά τη λειτουργία του κινητήρα.
Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η επαναλαμβανόμενη ηλεκτρική δραστηριότητα προκαλεί διάφορους τύπους βλαβών:
● Πόρους (pitting) – μικρές κρατέρες στην τροχιά κύλισης (raceway)
● Ψεκασμός – μια αμυδρά γκρίζα φθαρμένη επιφάνεια
● Κοιλοποίηση – ομοιόμορφα απέχουσες αυλακώσεις κατά μήκος της τροχιάς της δακτυλιοφόρου
Αυξημένη Δόνηση και Θόρυβος
Μελέτες σε βιομηχανικά συστήματα κινητήρων υποδεικνύουν ότι η ηλεκτρική βλάβη των δακτυλιοφόρων μπορεί να αποτελεί αιτία ενός μεγάλου ποσοστού πρόωρων αποτυχιών σε κινητήρες που λειτουργούν με μετατροπείς συχνότητας (VFD).
Πρόληψη του προβλήματος με δακτυλιοφόρους γείωσης άξονα
Ένας δακτυλιοφόρος γείωσης άξονα προστατεύει τη δακτυλιοφόρο παρέχοντας ένα ελεγχόμενο ηλεκτρικό δρόμο προς τη γείωση. Αντί να επιτρέπει την εκκένωση τάσης μέσω της δακτυλιοφόρου, ο δακτυλιοφόρος γείωσης αποτρέπει το παράσιτο ρεύμα από τον περιστρεφόμενο άξονα και το κατευθύνει απευθείας στο πλαίσιο του κινητήρα.
Ο δακτυλιοφόρος γείωσης άξονα χρησιμοποιεί αγώγιμες μικροϊνές που διατηρούν συνεχή επαφή με τον άξονα κατά την περιστροφή του κινητήρα. Επειδή ο δακτυλιοφόρος γείωσης προσφέρει δρόμο με χαμηλότερη αντίσταση από τη δακτυλιοφόρο, το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει φυσικά διαμέσου του.
Μια απλή προληπτική λύση
Για πολλά σύγχρονα ηλεκτροκινητήρια συστήματα, η ηλεκτρική βλάβη των εδράνων δεν είναι αμέσως ορατή μέχρι να συμβεί η αποτυχία. Με την πρόωρη εγκατάσταση δακτυλίου γείωσης άξονα κατά τη φάση σχεδιασμού του συστήματος, οι μηχανικοί μπορούν να μειώσουν τον κίνδυνο πρόωρης βλάβης των εδράνων και να βελτιώσουν τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία του κινητήρα.
Συχνές ερωτήσεις
1. Γιατί οι κινητήρες με μετατροπείς συχνότητας (VFD) προκαλούν ρεύμα στα έδρανα;
Η υψηλής συχνότητας διακοπή/ενεργοποίηση στους μετατροπείς συχνότητας (VFD) δημιουργεί τάση κοινής λειτουργίας που μπορεί να επάγει τάση στον άξονα, η οποία ενδέχεται να εκφορτωθεί μέσω των εδράνων του κινητήρα.
2. Μπορεί η λίπανση να προλάβει την ηλεκτρική βλάβη των εδράνων;
Όχι. Η λίπανση προστατεύει από μηχανική φθορά, αλλά δεν μπορεί να αποτρέψει την ηλεκτρική εκκένωση.
3. Ποια είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος προστασίας;
Οι δακτύλιοι γείωσης άξονα χρησιμοποιούνται ευρέως, επειδή αποτρέπουν με ασφάλεια το πέρασμα των παράσιτων ρευμάτων μέσω των εδράνων.
