EN
Почему частотно-регулируемые приводы (ЧРП) вызывают повреждение подшипников?
Краткий ответ
Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) могут вызывать появление напряжения на валу из-за высокочастотного переключения внутри инвертора. При накоплении этого напряжения электрический ток может разряжаться через подшипники двигателя. Со временем такие многократные разряды повреждают рабочие поверхности подшипников, что приводит к образованию питтинга, шуму, вибрации и преждевременному выходу из строя. Установка кольца заземления вала позволяет безопасно отвести ток на землю и предотвратить повреждение подшипников.
Растущее применение двигателей с ЧРП
Частотно-регулируемые приводы широко применяются для повышения энергоэффективности и регулирования частоты вращения двигателя. Они используются в промышленных системах, таких как насосы, компрессоры, оборудование систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ), а также конвейерные системы.
Однако многие инженеры отмечают неожиданную проблему после установки систем с ЧРП: подшипники двигателей начинают выходить из строя значительно раньше ожидаемого срока.
Эта проблема не вызвана недостаточной смазкой или механической перегрузкой. Во многих случаях истинной причиной является электрическое повреждение подшипников.
Как ЧРП создают напряжение на валу
В отличие от традиционных источников питания, выдающих плавное синусоидальное напряжение, преобразователи частоты (VFD) регулируют скорость двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Этот метод обеспечивает быстрое включение и выключение напряжения на высоких частотах.
В ходе этого процесса переключения возникает явление, называемое напряжением общей шины.
Это напряжение может индуцировать электрический потенциал между валом двигателя и его корпусом. По мере работы двигателя напряжение на валу постепенно возрастает.
Как только напряжение становится достаточным для пробоя тонкой смазочной плёнки внутри подшипника, происходит электрический разряд.
Что происходит внутри подшипника
Каждый разряд чрезвычайно мал, однако он ведёт себя как микроскопическая искра между металлическими поверхностями.
Тысячи таких искр могут возникать каждую секунду во время работы двигателя.
Со временем эта повторяющаяся электрическая активность вызывает несколько типов повреждений:
● Язвочки (питтинг) — небольшие кратеры на дорожке качения
● Обработка инеем – тусклая серая изношенная поверхность
● Фрезерование – равномерно расположенные канавки по всей длине дорожки качения
Повышенная вибрация и шум
Исследования промышленных электродвигателей показывают, что повреждение подшипников под действием электрического тока может быть причиной значительной доли преждевременных отказов двигателей, управляемых частотными преобразователями.
Предотвращение проблемы с помощью колец заземления вала
Кольцо заземления вала защищает подшипник, обеспечивая контролируемый электрический путь к земле. Вместо того чтобы позволять напряжению разряжаться через подшипник, кольцо заземления отводит паразитный ток с вращающегося вала непосредственно на корпус двигателя.
Кольцо заземления вала использует проводящие микроволокна, которые обеспечивают постоянный контакт с валом во время вращения двигателя. Поскольку кольцо заземления создаёт путь с меньшим электрическим сопротивлением по сравнению с подшипником, электрический ток естественным образом проходит через него.
Простое профилактическое решение
Для многих современных электромоторных систем повреждение подшипников из-за электрических токов не проявляется визуально до тех пор, пока не произойдёт отказ. Установка кольца заземления вала на раннем этапе проектирования системы позволяет инженерам снизить риск преждевременного повреждения подшипников и повысить долгосрочную надёжность электродвигателя.
Часто задаваемые вопросы
1. Почему двигатели с частотными преобразователями вызывают протекание тока через подшипники?
Высокочастотное переключение в ЧПУ создаёт напряжение нулевой последовательности, которое может индуцировать напряжение на валу; это напряжение может разряжаться через подшипники двигателя.
2. Может ли смазка предотвратить электрическое повреждение подшипников?
Нет. Смазка защищает от механического износа, но не способна предотвратить электрические разряды.
3. Какой метод защиты является наиболее распространённым?
Кольца заземления вала широко применяются, поскольку они безопасно отводят паразитные токи в обход подшипников.
