ทำไมมอเตอร์ที่ใช้กับไดรฟ์ควบคุมความถี่แปรผัน (VFD) จึงทำให้แบริ่งเสียหาย?

คำตอบโดยสรุป

ไดรเวอร์ความถี่แปรผัน (VFDs) สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เพลาได้เนื่องจากการสลับสัญญาณที่ความถี่สูงภายในอินเวอร์เตอร์ เมื่อแรงดันนี้สะสมขึ้น กระแสไฟฟ้าอาจปล่อยผ่านตลับลูกปืนของมอเตอร์ ซึ่งการปล่อยกระแสซ้ำๆ ดังกล่าวจะทำให้พื้นผิวของตลับลูกปืนเสียหายตามกาลเวลา ส่งผลให้เกิดรอยบุ๋ม เสียงดัง การสั่นสะเทือน และความล้มเหลวก่อนกำหนด การติดตั้งแหวนกราวด์เพลาสามารถเปลี่ยนเส้นทางกระแสไฟฟ้าไปยังกราวด์อย่างปลอดภัย และป้องกันความเสียหายต่อตลับลูกปืน

สิ่งที่เกิดขึ้นภายในแบริ่ง

แต่ละการปล่อยกระแสไฟฟ้ามีขนาดเล็กมาก แต่พฤติกรรมคล้ายประกายไฟจิ๋วที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวโลหะ

สามารถเกิดประกายไฟเหล่านี้ขึ้นหลายพันครั้งต่อวินาทีขณะมอเตอร์ทำงาน

เมื่อเวลาผ่านไป การกระทำทางไฟฟ้าซ้ำๆ แบบนี้จะก่อให้เกิดความเสียหายหลายประเภท ได้แก่

● การเกิดหลุมเล็ก (Pitting) – หลุมเล็กๆ บนผิวรางหมุน (raceway)

● การเคลือบฟรอสต์ – พื้นผิวที่สึกหรอเป็นสีเทาหม่น

● การเจาะร่อง – ร่องที่จัดเรียงอย่างสม่ำเสมอตามแนวร่องรองรับแบริ่ง

การสั่นสะเทือนและเสียงดังเพิ่มขึ้น

การศึกษาในระบบมอเตอร์อุตสาหกรรมชี้ให้เห็นว่าความเสียหายของแบริ่งที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสามารถเป็นสาเหตุสำคัญของความล้มเหลวก่อนกำหนดในมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วย VFD

การป้องกันปัญหาด้วยแหวนต่อสายดินเพื่อเพลา

แหวนต่อสายดินเพื่อเพลาทำหน้าที่ปกป้องแบริ่งโดยจัดเตรียมเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้าไปยังพื้นดินอย่างควบคุมได้ แทนที่จะปล่อยให้แรงดันไฟฟ้าปล่อยผ่านแบริ่ง แหวนต่อสายดินจะเบี่ยงเบนกระแสไฟฟ้ารั่วจากเพลาที่หมุนไปยังโครงมอเตอร์โดยตรง

แหวนต่อสายดินเพื่อเพลาใช้เส้นใยนำไฟฟ้าขนาดจุลภาคซึ่งรักษาการสัมผัสอย่างต่อเนื่องกับเพลาไว้แม้ขณะที่มอเตอร์กำลังหมุน เนื่องจากแหวนต่อสายดินมีค่าความต้านทานต่ำกว่าแบริ่ง กระแสไฟฟ้าจึงไหลผ่านแหวนนี้โดยธรรมชาติแทนที่จะไหลผ่านแบริ่ง

วิธีการป้องกันเชิงรุกที่เรียบง่าย

สำหรับระบบมอเตอร์สมัยใหม่หลายระบบ ความเสียหายต่อแบริ่งที่เกิดจากกระแสไฟฟ้ามักไม่ปรากฏให้เห็นทันที จนกว่าจะเกิดความล้มเหลวขึ้นจริง การติดตั้งแหวนกราวด์เพลา (shaft grounding ring) ตั้งแต่ระยะเริ่มต้นของการออกแบบระบบ ช่วยลดความเสี่ยงของความเสียหายต่อแบริ่งก่อนวัยอันควร และเพิ่มความน่าเชื่อถือของมอเตอร์ในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

1. เหตุใดมอเตอร์ที่ใช้กับอินเวอร์เตอร์ควบคุมความเร็ว (VFD) จึงก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าผ่านแบริ่ง?

การสลับสัญญาณที่ความถี่สูงในอินเวอร์เตอร์ควบคุมความเร็ว (VFD) สร้างแรงดันแบบคอมมอน-โมด (common-mode voltage) ซึ่งอาจเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันบนเพลา และแรงดันนี้อาจปล่อยผ่านแบริ่งของมอเตอร์

2. การหล่อลื่นสามารถป้องกันความเสียหายต่อแบริ่งที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่?

ไม่ได้ การหล่อลื่นมีหน้าที่ป้องกันการสึกหรอเชิงกล แต่ไม่สามารถหยุดยั้งการปล่อยประจุไฟฟ้าได้

3. วิธีการป้องกันที่พบบ่อยที่สุดคืออะไร?

แหวนกราวด์เพลา (shaft grounding rings) ถูกใช้อย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถเบี่ยงเบนกระแสไฟฟ้ารั่วออกจากแบริ่งไปยังทางที่ปลอดภัยได้