Hoe elektrische erosie van motorlagers op te lossen

Wat veroorzaakt asspanning in motoren die worden aangestuurd door variabele-frequentieregelaars (VFD's)? Hoe kunnen lagerstromen worden getest?

Oorsprong van lagerstromen

Lagerstromen zijn hoogfrequente ontladingsstromen die worden veroorzaakt door asspanning en die door de lagers van de motor stromen. De oorzaak ligt in de pulsbreedtemodulatie (PWM) spanning die wordt opgewekt door VFD's, waardoor een reeks snel wisselende positieve en negatieve pulsen wordt uitgevoerd in plaats van een sinusvormige golf. Dit leidt tot een ongebalanceerde gemiddelde spanning over de drie fasen, ook wel gemeenschappelijke-modus spanning genoemd (vaak als een zes-traps vierkante golf zichtbaar).

Bij door VFD's aangestuurde motoren induceert de gemeenschappelijke-modus spanning asspanning via capacitieve koppeling binnen de interne structuur van de motor. Zodra deze spanning de isolatiekracht van de smeervloeistoflaag in het lager overschrijdt, vindt er een ontlading plaats, waardoor capacitieve EDM-stromen (Electrical Discharge Machining) ontstaan die microputten en groeven op de loopvlakken van de lagers veroorzaken. Bij motoren met hoger vermogen (meestal >75 kW) induceert ook de hoogfrequente magnetische flux een asspanning, wat leidt tot hoogfrequente circulerende stromen die gelijktijdig schade aan de lagers aan beide uiteinden veroorzaken. Deze twee soorten stromen zijn de belangrijkste oorzaken van elektrische lagerschade.

Capacitieve elektrische vonkverspanningsstromen

De interne structuur van een elektromotor functioneert op vergelijkbare wijze als een condensator. De gemeenschappelijke-modusspanning van de VFD genereert een capacitief gekoppelde spanning op de motoras. Deze asspanning ontladt zich via vonkvorming over de lagers naar het motorframe, waardoor capacitieve EDM-stromen ontstaan.

De asspanning kan worden gemeten met behulp van een digitale oscilloscoop en een VOLSUN-asspanningsproefkop . Ontladingen manifesteren zich als hoogfrequente spanningspieken.

Deze ontladingsboog, die tientallen duizenden keren per seconde kan optreden, verslechtert de lagervet en veroorzaakt elektrische ontladingsbewerking, wat resulteert in duizenden microscopische putjes op de lagerloopvlakken. Deze putjes, samen met het verslechterde vet, verhogen de wrijving en leiden tot NVH-problemen (geluid, trilling en schokken).

Gevolgen van lagerstromen

Op de lange termijn accumuleren de microscopische putjes, veroorzaakt door vonkenoverslag door de lagers, zich tot een zichtbare matte afwerking die bekendstaat als 'frosting'. Een gefroste lager is minder glad dan een gezond lager, wat leidt tot hogere wrijving, meer warmteontwikkeling en verdere verslechtering van de lagerloopbanen. Op de lange termijn leidt de wisselwerking tussen elektrische schade en trillingen tot een gestreepte of 'picket fence'-achtige structuur, ook wel 'fluting' genoemd.

Zodra fluting is ontstaan, is lagerfalen onvermijdelijk. Een ge-flutte lager veroorzaakt overmatige trillingen en een karakteristieke scherpe, piepende geluid. Het onderstaande diagram illustreert veelvoorkomende vormen van elektrische erosie in lagers.

VOLSUN's 3e generatie geleidende ring (as-aardingring), dankzij zijn lichtgewicht ontwerp en compacte structuur kan het direct worden geïnstalleerd op lagerunits, waardoor aan de strenge ruimte- en gewichtseisen van elektrische voertuigen wordt voldaan. Bovendien vermindert de onderhoudsvrije functie de druk op de after-sales service, waardoor het een betrouwbare oplossing is voor het aanpakken van elektrische erosieproblemen bij lagers!