Elektriske motorer spiller en viktig rolle i hverdagen vår – der vi bor, jobber og leker.Enkelt sagt, de lager nesten alt som beveger seg, beveger seg.Nesten 70 prosent av elektrisiteten som forbrukes av industrien brukes av elektriske motorsystemer.1

Omtrent 75 prosent av industrimotorene i drift brukes til å drive pumper, vifter og kompressorer, en kategori av maskiner som er svært utsatt for store effektivitetsforbedringer2.Disse applikasjonene opererer ofte med konstant hastighet, hele tiden, selv når de ikke er nødvendige.Denne konstante driften sløser med energi og produserer unødvendige CO2-utslipp, men ved å kontrollere en motors hastighet kan vi redusere strømforbruket, spare energi og redusere miljøpåvirkningen.

En måte å kontrollere en motors hastighet på er ved bruk av en variabel hastighetsstasjon (VSD), en enhet som regulerer en elektrisk motors rotasjonshastighet ved å variere frekvensen og spenningen som tilføres motoren.Ved å kontrollere en motors hastighet kan en frekvensomformer redusere strømforbruket (for eksempel redusere roterende utstyrshastighet med 20 prosent kan redusere inngangseffektbehovet med omtrent 50 prosent3) og gi en betydelig forbedring i prosesskontroll og betydelige driftskostnader i løpet av levetiden av moAs nyttige som VSD-er er for å spare energi i mange applikasjoner, kan de forårsake for tidlig motorsvikt hvis de ikke er ordentlig jordet.Selv om det er mange forskjellige årsaker til elektrisk motorfeil, er det vanligste problemet ved bruk av en stasjon lagerfeil forårsaket av normalmodusspenning.

Skade forårsaket av vanlig modusspenning

I et trefaset vekselstrømsystem kan vanlig modusspenning defineres som ubalansen mellom de tre fasene skapt av den pulsbreddemodulerte kraften til omformeren, eller spenningsforskjellen mellom strømkildens jord og nøytralpunktet til de tre- fasebelastning.Denne fluktuerende fellesmodusspenningen induserer elektrostatisk spenning på motorens aksel, og denne akselspenningen kan utlades gjennom viklingene eller gjennom lagrene.Moderne ingeniørdesign, faseisolasjon og inverter piggbestandig ledning kan bidra til å beskytte viklingene;men når rotoren ser en opphopning av spenningstopper, søker strømmen banen med minst motstand til jord.Når det gjelder en elektrisk motor, går denne banen direkte gjennom lagrene.

Siden motorlagre bruker fett til smøring, danner oljen i fettet en film som fungerer som et dielektrikum, noe som betyr at det kan overføre de elektriske kreftene uten ledning.Over tid brytes imidlertid dette dielektrikumet ned.Uten isolasjonsegenskapene til fettet vil akselspenningen utlades gjennom lagrene, deretter gjennom motorhuset, for å oppnå elektrisk jording.Denne bevegelsen av elektrisk strøm forårsaker buedannelse i lagrene, ofte referert til som elektrisk utladningsmaskin (EDM).Ettersom denne kontinuerlige lysbuen oppstår over tid, blir overflateområdene i lagerbanen sprø, og små metallbiter kan bryte av inne i lageret.Til slutt jobber det skadede materialet seg mellom kulene og ringene i lageret, og forårsaker en slipeeffekt, som kan gi mikronstørrelser, kalt frosting, eller vaskebrettlignende rygger i lagerbanen, kalt fluting.

Noen motorer kan fortsette å kjøre etter hvert som skaden blir stadig verre, uten merkbare problemer.Det første tegnet på lagerskade er vanligvis en hørbar støy, på grunn av at lagerkulene beveger seg over de groper og frostede områdene.Men når denne støyen oppstår, har skaden vanligvis blitt betydelig nok til at feilen er overhengende.

Grunnlagt i forebygging

Industrielle applikasjoner opplever vanligvis ikke disse bærevanskene på motorer med variabel hastighet, men i enkelte installasjoner, som kommersielle bygninger og bagasjehåndtering på flyplasser, er ikke alltid robust jording tilgjengelig.I disse tilfellene må en annen metode brukes for å lede denne strømmen bort fra lagrene.Den vanligste løsningen er å legge til en akseljordingsenhet til den ene enden av motorakselen, spesielt i applikasjoner der vanlig modusspenning kan være mer utbredt.En akseljord er i hovedsak et middel for å koble motorens roterende rotoren til jord via motorens ramme.Å legge til en akseljordingsenhet til motoren før installasjon (eller å kjøpe en motor med en forhåndsinstallert) kan være en liten pris å betale sammenlignet med prislappen på vedlikeholdskostnader forbundet med utskifting av lager, for ikke å nevne de høye kostnadene ved nedetid i et anlegg.

Det er flere vanlige typer akseljordingsenheter i bransjen i dag, for eksempel karbonbørster, ringformede fiberbørster og jordingsisolatorer, og andre metoder for å beskytte lagrene er også tilgjengelige.

Karbonbørster har vært i bruk i mer enn 100 år og ligner på kullbørstene som brukes på DC-motorkommutatorer.Jordingsbørster gir den elektriske forbindelsen mellom de roterende og stasjonære delene av motorens elektriske krets og tar strømmen fra rotoren til jord slik at ladningen ikke bygges opp på rotoren til det punktet hvor den utlades gjennom lagrene.Jordingsbørster tilbyr en praktisk og økonomisk måte å gi en lavimpedans vei til bakken, spesielt for motorer med større ramme;imidlertid er de ikke uten sine ulemper.Som med DC-motorer, er børstene utsatt for slitasje på grunn av den mekaniske kontakten med akselen, og uavhengig av utformingen av børsteholderen, må enheten inspiseres med jevne mellomrom for å sikre riktig kontakt mellom børstene og akselen.

Skaftjordingsringer fungerer som en karbonbørste, men de inneholder flere tråder av elektrisk ledende fibre arrangert inne i en ring rundt skaftet.Utsiden av ringen, som typisk er montert på motorens endeplate, forblir stasjonær, mens børstene kjører på overflaten av motorakselen, og leder strømmen gjennom børstene og trygt til jord.Akseljordingsringer kan monteres inne i motoren, slik at de kan brukes på motorer med utvasking og skittent arbeid.Ingen akseljordingsmetode er imidlertid perfekt, og jordingsringer montert eksternt har en tendens til å samle forurensninger på busten, noe som kan redusere effektiviteten.

Jordingslagerisolatorer kombinerer to teknologier: et todelt, berøringsfritt isolasjonsskjold som bruker en labyrintdesign for å forhindre inntrenging av forurensninger og en metallrotor og isolert ledende filamentring for å lede akselstrømmene bort fra lagrene.Siden disse enhetene også forhindrer tap av smøremiddel og forurensning, erstatter de standard lagertetninger og tradisjonelle lagerisolatorer.

En annen måte å forhindre utladning av strøm gjennom lagrene er å produsere lagrene av et ikke-ledende materiale.I keramiske lagre beskytter keramikkbelagte kuler lagrene ved å hindre akselstrøm fra å strømme gjennom lagrene til motoren.Siden ingen elektrisk strøm flyter gjennom motorlagrene, er det liten sjanse for strømindusert slitasje;strømmen vil imidlertid søke en vei til jord, noe som betyr at den vil gå gjennom tilkoblet utstyr.Siden keramiske lagre ikke vil fjerne strømmen fra rotoren, anbefales kun spesifikke direktedrevne applikasjoner for motorer med keramiske lagre.Andre ulemper er kostnadene for denne typen motorlager og det faktum at lagrene vanligvis bare er tilgjengelige opp til størrelse 6311.

På motorer større enn 100 hestekrefter anbefales det generelt at et isolert lager installeres på motsatt ende av motoren som akseljordingsanordningen er installert på, uavhengig av hvilken type akseljording som brukes.

Tre installasjonstips for variabel hastighet

Tre hensyn til vedlikeholdsingeniøren når han prøver å redusere vanlig modusspenning i applikasjoner med variabel hastighet er:

1. Sørg for at motoren (og motorsystemet) er ordentlig jordet.
2. Bestem den riktige bærefrekvensbalansen, som vil minimere støynivåer samt spenningsubalanse.
3. Hvis en akseljordingsenhet anses nødvendig, velg en som fungerer best for applikasjonen.

Når en lagerstrøm er tilstede, er det ingen løsning som passer alle.Det er viktig for kunden og motor- og drivleverandøren å samarbeide for å finne den mest passende løsningen for den spesifikke applikasjonen.