Кольцо заземления вала: как оно защищает подшипники двигателя от электрических повреждений

По мере того как электродвигатели стремятся к более высоким скоростям, большей удельной мощности и всё более частому использованию преобразователей частоты (VFD), ток на валу и электрические повреждения подшипников становятся всё более важными вопросами надёжности.

Высокочастотное напряжение, генерируемое инверторами, может наводить нежелательный ток на вал двигателя. Если этот ток проходит через подшипники, многократные электрические разряды могут вызвать образование ямок, бороздок, деградацию смазки и преждевременный выход подшипников из строя.

А кольцо заземления вала (SGR) обеспечивает выделенный путь с низким импедансом для перенаправления тока с вала в обход подшипников и безопасного его сброса на землю.

Какова функция кольца заземления вала?

Основная функция кольца заземления вала заключается в том, чтобы изменить путь нежелательного тока вала .

В двигателе с частотным преобразователем напряжение общей шины, создаваемое широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), может вызывать электрический потенциал на валу двигателя. При определённых режимах работы ток может проходить через подшипники двигателя перед тем, как достичь земли.

Это создаёт разрушительный путь протекания тока:

Вал → Подшипник → Станина двигателя → Земля

Кольцо заземления вала создаёт альтернативный путь:

Вал → Кольцо заземления вала → Станина двигателя → Земля

Обеспечивая контролируемый проводящий путь, кольцо заземления помогает предотвратить включение подшипников в электрическую цепь.

Ключевая ценность: изменение пути тока и защита подшипников.

Этот принцип делает кольца заземления вала особенно полезными для двигателей, работающих при высокочастотном переключении, высоких скоростях вращения или длительных периодах непрерывной эксплуатации.

Почему ток через вал создаёт проблемы для подшипников электродвигателя?

Подшипники электродвигателя предназначены для восприятия механических нагрузок и обеспечения плавного вращения — а не для пропускания электрического тока.

Когда электрический разряд многократно возникает через подшипник, на дорожке качения и телах качения могут образовываться микроскопические повреждения. Со временем это может привести к следующим последствиям:

· Электрическому питтингу и флютированию

· Ухудшению смазочного материала

· Увеличению уровня шума и вибрации

· Сокращению срока службы подшипника

· Непредвиденному техническому обслуживанию и простою

Риск особенно актуален для Двигателей с ЧПУ, высокоскоростных двигателей, тяговых двигателей EV и других современных систем электропривода .

По этой причине защиту от токов, протекающих через подшипники, следует предусматривать на этапе проектирования электродвигателя и интеграции системы, а не только после появления повреждений подшипников.

Как работает кольцо заземления вала?

Кольцо заземления вала использует проводящие элементы для поддержания электрического контакта с вращающимся валом.

При возникновении нежелательного напряжения на валу проводящее кольцо обеспечивает путь с меньшим импедансом для протекания тока. Ток перенаправляется через кольцо заземления, передаётся на корпус двигателя, а затем подключается к системе заземления.

Эффективность решения для заземления вала зависит не только от наличия электрического контакта. Необходимо также учитывать такие факторы, как диаметр вала, частота вращения, сопротивление контакта, положение установки, конструкция двигателя, температура и условия эксплуатации следует также учитывать.

Правильно спроектированное кольцо заземления должно обеспечивать надёжный контакт и стабильные электрические характеристики в течение длительной эксплуатации двигателя.

Где применяются кольца заземления вала?

Технология заземления вала может применяться в различных электродвигателях и вращающемся оборудовании, где электрический ток может повлиять на надёжность подшипников.

Двигатели привода новых энергетических транспортных средств

Современные электродвигатели для электромобилей переходят к более высокому напряжению, более высокой скорости вращения и большей мощности на единицу объёма . Системы с архитектурой 800 В, силовыми элементами на основе карбида кремния (SiC) и высокоскоростными приводами могут создавать сложные электрические условия для подшипников двигателей.

Кольцо заземления вала может обеспечить контролируемый путь для нежелательного тока через вал и способствовать улучшению защиты подшипников.

Промышленные двигатели с частотно-регулируемым приводом

Двигатели с частотно-регулируемым приводом (VFD) являются одним из наиболее распространённых применений заземления вала. Типичное оборудование включает:

· Промышленные вентиляторы

· Водяные насосы

· Компрессоры

· Конвейеры

· Сервосистемы

Выделенный путь для тока вала может помочь снизить риск электрической эрозии при непрерывной эксплуатации.

Системы HVAC

Современные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) часто используют двигатели, вентиляторы, насосы и компрессоры с регулируемой скоростью. Заземление вала может быть включено в стратегии защиты двигателей там, где возникает опасность токов вала, индуцированных преобразователем частоты.

Ветрогенераторы и крупное вращающееся оборудование

Ветрогенераторы, генераторы, крупные электродвигатели и другое вращающееся оборудование могут работать непрерывно в тяжёлых условиях.

Защита подшипников от электрических повреждений может повысить надёжность оборудования и сократить объём незапланированного технического обслуживания.

Почему следует выбрать Volsun для решений заземления вала?

Кольцо заземления вала может быть небольшим компонентом, однако его характеристики оказывают существенное влияние на надёжность подшипников двигателя.

Volsun специализируется на решениях для заземления валов, ориентированных на конкретные области применения , объединяя разработку продукции с инженерной поддержкой.

Наш подход охватывает весь процесс:

Диагностика условий эксплуатации → Анализ проблемы → Проектирование решения → Разработка прототипа → Испытания и валидация → Массовое производство

Это позволяет оценивать решение для заземления вала с учётом реального применения двигателя, а не только диаметра вала.

Для Электродвигатели для электромобилей (EV), двигатели с частотно-регулируемым приводом (VFD), промышленные двигатели, оборудование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), насосы, вентиляторы, ветрогенераторы и другое вращающееся оборудование , Volsun может поддержать заказчиков при разработке подходящих решений для заземления валов.

Защита подшипников путём контроля пути протекания тока

По мере дальнейшего развития технологий двигателей предотвращение электрических повреждений подшипников становится всё более важной составляющей надёжности двигателей.

А кольцо для заземления вала обеспечивает практичный способ отвода нежелательных токов вала от подшипников по контролируемому заземляющему контуру.

Независимо от того, решаете ли вы проблему Тока вала электродвигателя EV, тока вала, индуцированного преобразователем частоты (VFD), или электрической эрозии промышленных электродвигателей , принцип прост:

Не допускайте прохождения тока через подшипник.

Кольцо заземления вала Volsun — изменение пути тока для защиты подшипников.

Часто задаваемые вопросы: кольцо заземления вала

Что такое заземляющее кольцо вала?

Кольцо заземления вала — это проводящее устройство, устанавливаемое на вал электродвигателя или вокруг него, чтобы обеспечить путь с низким импедансом для нежелательного тока вала и предотвратить прохождение электрического тока через подшипники.

Зачем двигателям с преобразователями частоты (VFD) требуется заземление вала?

Преобразователи частоты используют высокочастотное широтно-импульсное модулирование (PWM), которое может генерировать напряжение общей шины и индуцировать ток вала. Кольцо заземления вала создаёт альтернативный путь для этого тока и помогает снизить риск электрического повреждения подшипников.

Можно ли использовать кольцо заземления вала для электродвигателей электромобилей?

Да. Кольца заземления вала можно применять в электродвигателях электромобилей и других высокоскоростных электродвигателях, где токи вала, вызванные инвертором, могут повлиять на надёжность подшипников.

Предлагает ли Volsun индивидуальные кольца заземления вала?

Да. Volsun может разрабатывать индивидуальные решения по кольцам заземления вала с учётом диаметра вала, конструкции двигателя, доступного места для установки, условий эксплуатации и других требований применения.

Какие факторы следует учитывать при выборе кольца заземления вала?

Важные факторы включают диаметр вала, частоту вращения двигателя, рабочую температуру, место установки, сопротивление контакта, конструкцию подшипника, конфигурацию заземления и ожидаемый срок службы.