Cómo resolver la erosión eléctrica en los rodamientos del motor

¿Qué causa el voltaje en el eje de los motores accionados por variadores de frecuencia (VFD)? ¿Cómo se pueden probar las corrientes en los rodamientos?

Origen de las corrientes en los rodamientos

Las corrientes en los rodamientos son corrientes de descarga de alta frecuencia impulsadas por el voltaje en el eje y que fluyen a través de los rodamientos del motor. La causa fundamental radica en el voltaje modulado por ancho de pulso (PWM) generado por los VFD, que produce una serie de pulsos positivos y negativos conmutados rápidamente, en lugar de una onda senoidal. Esto crea un voltaje promedio desequilibrado entre las tres fases, conocido como voltaje en modo común (que suele aparecer como una onda cuadrada de seis escalones).

En los motores accionados por VFD, el voltaje en modo común induce un voltaje en el eje mediante acoplamiento capacitivo dentro de la estructura interna del motor. Una vez que este voltaje supera la resistencia dieléctrica de la película lubricante del rodamiento, se produce una descarga, formando corrientes capacitivas de EDM (mecanizado por descarga eléctrica) que crean microhendiduras y estrías en las pistas de rodadura de los rodamientos. En motores de mayor potencia (típicamente >75 kW), el flujo magnético de alta frecuencia también induce un voltaje en el extremo del eje, lo que provoca corrientes circulantes de alta frecuencia que dañan simultáneamente los rodamientos en ambos extremos. Estos dos tipos de corrientes son las causas principales del deterioro eléctrico de los rodamientos.

Corrientes capacitivas de descarga por electroerosión

La estructura interna de un motor eléctrico funciona de manera similar a un condensador. El voltaje en modo común proveniente del variador de frecuencia (VFD) genera un voltaje acoplado capacitivamente sobre el eje del motor. Este voltaje del eje se descarga mediante arcos eléctricos a través de los rodamientos hasta la carcasa del motor, constituyendo corrientes capacitivas de descarga por electroerosión.

El voltaje del eje puede medirse mediante un osciloscopio digital y una Sonda de voltaje del eje VOLSUN . Las descargas se manifiestan como picos de voltaje de alta frecuencia.

Estos arcos de descarga, que pueden ocurrir decenas de miles de veces por segundo, degradan la grasa de los rodamientos y provocan mecanizado por descarga eléctrica, lo que da lugar a miles de microcavidades en las pistas de rodadura de los rodamientos. Estas cavidades, junto con la grasa degradada, aumentan la fricción y causan problemas de NVH (ruido, vibración y aspereza).

Efectos de las corrientes en los rodamientos

Con el tiempo, las microcavidades causadas por arcos eléctricos a través de los rodamientos se acumulan formando un acabado mate visible conocido como «escarchado». Un rodamiento escarchado es menos liso que uno sano, lo que provoca mayor fricción, una generación de calor más elevada y una degradación adicional de las pistas de rodadura. Con el tiempo, la interacción entre el daño eléctrico y las vibraciones produce un patrón rayado o de «valla de estacas» conocido como «fluting».

Una vez que se desarrolla el «fluting», el fallo del rodamiento es inminente. Un rodamiento con «fluting» provoca vibraciones excesivas y un ruido agudo característico. El diagrama inferior ilustra los tipos comunes de erosión eléctrica en rodamientos.

Anillo conductor de tercera generación de VOLSUN (anillo de conexión a tierra del eje), con su diseño ligero y su estructura compacta, se puede instalar directamente en los conjuntos de rodamientos, cumpliendo así los exigentes requisitos de espacio y peso de los vehículos eléctricos. Además, su característica sin necesidad de mantenimiento reduce la presión sobre el servicio posventa, lo que lo convierte en una solución fiable para abordar los problemas de erosión eléctrica en los rodamientos.