Електрични мотори играју виталну улогу у нашем свакодневном животу – где живимо, радимо и играмо се.Једноставно речено, они чине да се скоро све што се креће.Скоро 70 одсто електричне енергије коју потроши индустрија користи електромоторни системи.1

Отприлике 75 процената индустријских мотора који раде се користи за покретање пумпи, вентилатора и компресора, категорије машина која је веома подложна значајним побољшањима ефикасности2.Ове апликације често раде константном брзином, све време, чак и када нису потребне.Овај стални рад троши енергију и производи непотребне емисије ЦО2, али контролисањем брзине мотора можемо смањити потрошњу енергије, штедећи енергију и смањујући утицај на животну средину.

Један од начина да се контролише брзина мотора је коришћење погона са променљивом брзином (ВСД), уређаја који регулише брзину ротације електромотора мењањем фреквенције и напона који се доводи до мотора.Контролисањем брзине мотора, погон може да смањи потрошњу енергије (на пример, смањење брзине ротирајуће опреме за 20 процената може смањити захтеве за улазном снагом за приближно 50 процената3) и обезбедити значајно побољшање у контроли процеса и значајне уштеде трошкова током радног века Од моА корисних јер су ВСД-ови за уштеду енергије у многим апликацијама, могу изазвати превремени квар мотора ако нису правилно уземљени.Иако постоји много различитих узрока кварова електромотора, најчешћи проблем при коришћењу погона је квар лежаја узрокован напоном уобичајеног начина рада.

Оштећење узроковано напоном уобичајеног начина рада

У трофазном систему наизменичне струје, напон заједничког мода може се дефинисати као неравнотежа присутна између три фазе створена ширином импулса модулисане снаге погона, или разлика напона између уземљења извора напајања и неутралне тачке троструке фазно оптерећење.Овај флуктуирајући напон заједничког мода електростатички индукује напон на вратилу мотора, а овај напон вратила може се испразнити кроз намотаје или кроз лежајеве.Савремени инжењерски дизајни, фазна изолација и инверторска жица отпорна на шиљке могу помоћи у заштити намотаја;међутим, када ротор види нагомилавање напона, струја тражи пут најмањег отпора према земљи.У случају електромотора, ова путања пролази директно кроз лежајеве.

Пошто лежајеви мотора користе маст за подмазивање, уље у масти формира филм који делује као диелектрик, што значи да може да преноси електричне силе без проводљивости.Међутим, временом се овај диелектрик распада.Без изолационих својстава масти, напон вратила ће се испразнити кроз лежајеве, затим кроз кућиште мотора, да би се постигло електрично уземљење.Ово кретање електричне струје изазива стварање лука у лежајевима, што се обично назива обрада електричним пражњењем (ЕДМ).Како се овај континуирани лук јавља током времена, површине у прстену лежаја постају крте, а сићушни комади метала се могу одломити унутар лежаја.На крају, оштећени материјал се пробија између куглица лежаја и прстенова, изазивајући ефекат брушења, који може да произведе удубљење микронске величине, звано глазура, или избочине налик на плочу за прање у клизној стази лежаја, које се називају жљебови.

Неки мотори могу наставити да раде како се штета прогресивно погоршава, без икаквих приметних проблема.Први знак оштећења лежаја је обично звучна бука, због куглица лежаја које путују преко удубљених и смрзнутих подручја.Али до тренутка када се појави ова бука, штета је обично постала довољно значајна да је неуспех неизбежан.

Утемељен у превенцији

Индустријске апликације обично не доживљавају ове потешкоће са лежајевима на моторима са променљивом брзином, али у неким инсталацијама, као што су комерцијалне зграде и руковање пртљагом на аеродрому, робусно уземљење није увек доступно.У овим случајевима, мора се користити други метод да се ова струја одврати од лежајева.Најчешће решење је додавање уређаја за уземљење вратила на један крај вратила мотора, посебно у апликацијама где напон уобичајеног режима може бити преовлађујући.Уземљење вратила је у суштини средство за повезивање окретног ротора мотора са уземљењем преко оквира мотора.Додавање уређаја за уземљење вратила на мотор пре инсталације (или куповина мотора са претходно инсталираним мотором) може бити мала цена у поређењу са ценом трошкова одржавања повезаних са заменом лежајева, а да не спомињемо високе трошкове застоја у објекту.

Данас постоји неколико уобичајених типова уређаја за уземљење вратила у индустрији, као што су угљеничне четке, прстенасте влакнасте четке и изолатори лежајева за уземљење, а доступне су и друге методе заштите лежајева.

Угљене четке су у употреби више од 100 година и сличне су угљеним четкама које се користе на комутаторима ДЦ мотора.Четке за уземљење обезбеђују електричну везу између ротирајућих и стационарних делова електричног кола мотора и одводе струју од ротора до земље тако да се наелектрисање не накупља на ротору до тачке где се празни кроз лежајеве.Четке за уземљење нуде практично и економично средство за обезбеђивање пута ниске импедансе до земље, посебно за веће моторе са оквиром;међутим, они нису без својих недостатака.Као и код ДЦ мотора, четке су подложне хабању због механичког контакта са осовином, и, без обзира на дизајн држача четкица, склоп се мора периодично прегледати како би се обезбедио правилан контакт између четкица и осовине.

Прстенови за уземљење осовине раде као угљенична четка, али садрже више нити електрично проводних влакана распоређених унутар прстена око осовине.Спољашњи део прстена, који је типично монтиран на завршну плочу мотора, остаје непомичан, док се четкице крећу по површини осовине мотора, усмеравајући струју кроз четке и безбедно на земљу.Прстенови за уземљење вратила могу се монтирати унутар мотора, што им омогућава да се користе на моторима за прање и прљавим радним погонима.Међутим, ниједан метод уземљења осовине није савршен, а прстенови за уземљење постављени споља имају тенденцију да сакупљају загађиваче на својим чекињама, што може смањити њихову ефикасност.

Изолатори лежаја за уземљење комбинују две технологије: дводелни, бесконтактни изолациони штит који користи лавиринтски дизајн за спречавање уласка загађивача и метални ротор и изоловани проводни прстен са филаментима да преусмере струје вратила од лежајева.Пошто ови уређаји такође спречавају губитак мазива и контаминацију, они замењују стандардне заптивке лежајева и традиционалне изолаторе лежајева.

Други начин да се спречи пражњење струје кроз лежајеве је производња лежајева од непроводног материјала.У керамичким лежајевима куглице обложене керамиком штите лежајеве спречавајући струју вратила да тече кроз лежајеве до мотора.Пошто електрична струја не тече кроз лежајеве мотора, мале су шансе за хабање изазвано струјом;међутим, струја ће тражити пут до земље, што значи да ће проћи кроз прикључену опрему.Пошто керамички лежајеви неће уклонити струју из ротора, за моторе са керамичким лежајевима препоручују се само специфичне примене са директним погоном.Остали недостаци су цена за овај стил лежаја мотора и чињеница да су лежајеви обично доступни само до величине 6311.

На моторима већим од 100 коњских снага, генерално се препоручује да се изоловани лежај угради на супротном крају мотора на који је уграђен уређај за уземљење вратила, без обзира на то који стил уземљења вратила се користи.

Три савета за уградњу погона са променљивом брзином

Три разматрања за инжењера одржавања када покушавају да смање напон заједничког режима у апликацијама са променљивом брзином су:

1. Уверите се да је мотор (и систем мотора) правилно уземљен.
2. Одредите одговарајући баланс фреквенције носиоца, који ће минимизирати нивое буке, као и неравнотежу напона.
3. Ако се сматра да је уређај за уземљење осовине неопходан, изаберите онај који најбоље функционише за примену.

Када постоји струја лежаја, не постоји једно решење за све.Од виталног је значаја да купац и добављач мотора и погона раде заједно како би идентификовали најприкладније решење за специфичну примену.