Jak rozwiązać problem elektrycznej erozji łożysk silnika

Jakie są przyczyny napięcia wału w silnikach zasilanych falownikami (VFD)? Jak można badać prądy łożyskowe?

Źródło prądów łożyskowych

Prądy łożyskowe to wysokoczęstotliwościowe prądy rozładowania wywoływane napięciem wału i przepływające przez łożyska silnika. Podstawową przyczyną jest napięcie modulowane szerokością impulsu (PWM), generowane przez falowniki, które dostarczają serii szybko przełączających się impulsów dodatnich i ujemnych zamiast sinusoidalnej fali. Powoduje to niezrównoważone średnie napięcie na trzech fazach, zwane napięciem wspólnym (często przyjmujące postać sześciostopniowej fali prostokątnej).

W silnikach zasilanych falownikami napięcie wspólne indukuje napięcie wału poprzez sprzężenie pojemnościowe wewnątrz struktury silnika. Gdy napięcie to przekroczy wytrzymałość izolacyjną warstwy smaru łożyskowego, następuje jego rozładowanie, tworząc pojemnościowe prądy EDM (elektroerozyjnego obróbki materiałów) które tworzą mikrodołki i rowkowanie na bieżniach łożysk. W silnikach o wyższej mocy (zazwyczaj >75 kW) wysokoczęstotliwościowy strumień magnetyczny indukuje również napięcie na końcu wału, co prowadzi do prąd obwodowy o wysokiej częstotliwości uszkadzających jednocześnie łożyska z obu stron wału. Te dwa typy prądów są głównymi przyczynami uszkodzeń łożysk spowodowanych działaniem prądu elektrycznego.

Prądy pochodzące od pojemnościowego elektroerozyjnego frezowania (EDM)

Wewnętrzna struktura silnika elektrycznego działa podobnie jak kondensator. Napięcie wspólnego modułu (CMV) pochodzące od falownika generuje napięcie sprzężone pojemnościowo na wale silnika. To napięcie wału rozładowuje się przez iskrzenie pomiędzy łożyskami a ramą silnika, tworząc pojemnościowe prądy EDM.

Napięcie wału można zmierzyć za pomocą cyfrowego oscyloskopu oraz Sondy VOLSUN do pomiaru napięcia wału . Rozładowania przejawiają się jako wysokoczęstotliwościowe szczyty napięcia.

Te łuki wyładowcze, które mogą wystąpić dziesiątki tysięcy razy na sekundę, degradują smar łożyskowy i powodują erozję elektroiskrową, prowadząc do powstania tysięcy mikroskopijnych wgnieceń na bieżniach łożysk. Te wgniecenia, wraz z zdegradowanym smarem, zwiększają tarcie i powodują problemy związane z NVH (hałasem, wibracjami i szorstkością).

Skutki prądów przepływających przez łożyska

W czasie działania mikroskopijne wgłębienia powstające w wyniku łuku elektrycznego przeskakującego przez łożyska gromadzą się, tworząc widoczną, matową powierzchnię zwaną „szronieniem”. Łożysko szronione jest mniej gładkie niż zdrowe, co prowadzi do wzrostu tarcia, wyższej generacji ciepła oraz dalszego pogarszania się powierzchni bieżni łożysk. Z czasem współdziałanie uszkodzeń elektrycznych i drgań powoduje powstanie pasów lub wzoru przypominającego „pikietę”, zwanego żłobieniem.

Po wystąpieniu żłobienia awaria łożyska jest nieunikniona. Żłobione łożysko powoduje nadmierne drgania oraz charakterystyczny, piszczący dźwięk. Poniższy rysunek ilustruje najczęstsze typy erozji elektrycznej łożysk.

Przewodzące pierścień VOLSUN trzeciej generacji (pierścień uziemiający wału), dzięki lekkiej konstrukcji i kompaktowemu kształtowi może być bezpośrednio montowany na zespoły łożyskowe, spełniając surowe wymagania dotyczące dostępnej przestrzeni i masy w pojazdach elektrycznych. Ponadto funkcja braku konieczności konserwacji zmniejsza presję na obsługę posprzedażową, stanowiąc niezawodne rozwiązanie problemu elektrycznego erozji łożysk!