Как устранить электрическую эрозию подшипников двигателя

Что вызывает напряжение на валу в двигателях, управляемых преобразователями частоты (ПЧ)? Как можно протестировать токи через подшипники?

Источник токов через подшипники

Токи через подшипники — это высокочастотные разрядные токи, обусловленные напряжением на валу и протекающие через подшипники электродвигателя. Их первопричина заключается в широтно-импульсно-модулированном (ШИМ) напряжении, генерируемом ПЧ, которое выдаёт серию быстро переключающихся положительных и отрицательных импульсов вместо синусоидальной волны. Это создаёт несбалансированное среднее напряжение между тремя фазами, известное как напряжение нулевой последовательности (часто проявляющееся в виде шестиступенчатой прямоугольной волны).

В двигателях, управляемых ПЧ, напряжение нулевой последовательности индуцирует напряжение на валу посредством ёмкостной связи внутри внутренней структуры двигателя. Как только это напряжение превышает пробивное напряжение плёнки смазочного материала в подшипнике, происходит разряд, формирующий ёмкостные токи ЭРО (электроэрозионной обработки) которые создают микроскопические ямки и канавки на дорожках качения подшипников. В двигателях повышенной мощности (обычно >75 кВт) высокочастотный магнитный поток также индуцирует напряжение на валу, что приводит к высокочастотные циркулирующие токи которые одновременно повреждают подшипники с обеих сторон вала. Эти два типа токов являются основными причинами электрического повреждения подшипников.

Токи емкостной электроэрозионной обработки

Внутренняя структура электродвигателя функционирует аналогично конденсатору. Напряжение общей моды от частотного преобразователя генерирует емкостно-связанное напряжение на валу двигателя. Это напряжение на валу разряжается посредством искрового пробоя через подшипники на корпус двигателя, образуя емкостные токи электроэрозионной обработки.

Напряжение на валу можно измерить с помощью цифрового осциллографа и Зонда VOLSUN для измерения напряжения на валу . Разряды проявляются в виде высокочастотных импульсов напряжения.

Эти разрядные дуги, которые могут возникать десятки тысяч раз в секунду, приводят к деградации смазки подшипников и вызывают электроэрозионную обработку, в результате чего на дорожках качения подшипников образуется тысячи микроскопических ямок. Эти ямки вместе с деградировавшей смазкой увеличивают трение и приводят к проблемам НВШ (шум, вибрация и жёсткость).

Воздействие токов, протекающих через подшипники

Со временем микроскопические ямки, вызванные электрической дугой, пробивающей подшипники, накапливаются и формируют видимую матовую поверхность, известную как «изморозь». Подшипник с такой поверхностью менее гладкий по сравнению со здоровым, что приводит к увеличению трения, повышенному выделению тепла и дальнейшему ухудшению состояния дорожек качения подшипника. Со временем взаимодействие электрических повреждений и вибрации приводит к образованию полосатого рисунка, напоминающего «заборчик», который называется «флютированием».

После появления флютирования отказ подшипника неизбежен. Подшипник с флютированием вызывает чрезмерную вибрацию и характерный пронзительный скрип. На приведённой ниже диаграмме показаны распространённые типы электрической эрозии подшипников.

Третье поколение токопроводящего кольца VOLSUN (кольцо заземления вала), благодаря легкой конструкции и компактным габаритам может устанавливаться непосредственно на подшипниковые узлы, что позволяет удовлетворять жесткие требования к пространственным ограничениям и массе электромобилей. Кроме того, его функция «без обслуживания» снижает нагрузку на послепродажное обслуживание, делая его надежным решением для устранения проблемы электрической эрозии подшипников!