Come risolvere l'erosione elettrica dei cuscinetti del motore

Quali sono le cause della tensione sull'albero nei motori azionati da inverter a frequenza variabile (VFD)? Come si possono misurare le correnti sui cuscinetti?

Origine delle correnti sui cuscinetti

Le correnti sui cuscinetti sono correnti di scarica ad alta frequenza generate dalla tensione sull'albero e che scorrono attraverso i cuscinetti del motore. La causa principale risiede nella tensione modulata in larghezza d'impulso (PWM) generata dagli inverter a frequenza variabile (VFD), la quale produce una serie di impulsi positivi e negativi rapidamente commutati, anziché un'onda sinusoidale. Ciò determina una tensione media sbilanciata tra le tre fasi, nota come tensione di modo comune (che spesso assume la forma di un'onda quadra a sei livelli).

Nei motori azionati da VFD, la tensione di modo comune induce una tensione sull'albero mediante accoppiamento capacitivo all'interno della struttura interna del motore. Una volta che tale tensione supera la rigidità dielettrica del film lubrificante del cuscinetto, si verifica una scarica, formando correnti capacitiche EDM (Electrical Discharge Machining) che creano microcavità e scanalature sulle piste di rotolamento dei cuscinetti. Nei motori ad alta potenza (tipicamente >75 kW), il flusso magnetico ad alta frequenza induce inoltre una tensione sull’estremità dell’albero, provocando correnti circolanti ad alta frequenza che danneggiano contemporaneamente i cuscinetti su entrambe le estremità. Questi due tipi di corrente sono le principali cause dei danni elettrici ai cuscinetti.

Correnti capacitiche di lavorazione a scarica elettrica

La struttura interna di un motore elettrico funziona in modo analogo a un condensatore. La tensione comune generata dal variatore di frequenza (VFD) induce una tensione accoppiata per capacità sull’albero del motore. Questa tensione sull’albero si scarica attraverso archi elettrici tra i cuscinetti e il telaio del motore, costituendo correnti capacitiche di lavorazione a scarica elettrica (EDM).

La tensione sull’albero può essere misurata utilizzando un oscilloscopio digitale e una Sonda per tensione sull’albero VOLSUN . Le scariche si manifestano come picchi di tensione ad alta frequenza.

Questi archi di scarica, che possono verificarsi decine di migliaia di volte al secondo, degradano il grasso dei cuscinetti e causano la lavorazione elettroerosiva, generando migliaia di microcavità sulle piste di rotolamento dei cuscinetti. Queste cavità, insieme al grasso degradato, aumentano l'attrito e provocano problemi di NVH (rumore, vibrazioni e ruvidità).

Effetti delle correnti sui cuscinetti

Nel tempo, le microcavità causate dall'arco elettrico che attraversa i cuscinetti si accumulano formando una finitura opaca visibile, nota come "frosting" (glassatura). Un cuscinetto glassato è meno liscio rispetto a uno sano, provocando un aumento dell'attrito, una maggiore generazione di calore e un'ulteriore degradazione delle piste dei cuscinetti. Nel tempo, l'interazione tra i danni elettrici e le vibrazioni produce un motivo striato o a "recinzione" noto come "fluting" (scanalatura).

Una volta sviluppata la scanalatura, il guasto del cuscinetto è imminente. Un cuscinetto scanalato causa vibrazioni eccessive e un caratteristico rumore stridulo. Il diagramma riportato di seguito illustra i tipi più comuni di erosione elettrica dei cuscinetti.

Anello conduttivo di terza generazione VOLSUN (anello di messa a terra dell'albero), grazie al suo design leggero e alla struttura compatta, può essere installato direttamente sulle unità di supporto, soddisfacendo i rigorosi requisiti di spazio e peso dei veicoli elettrici. Inoltre, la sua caratteristica senza manutenzione riduce la pressione sul servizio post-vendita, rendendolo una soluzione affidabile per affrontare i problemi di corrosione elettrica dei cuscinetti!