Elektriske motorer spiller en afgørende rolle i vores hverdag – hvor vi bor, arbejder og leger.Kort sagt får de næsten alt, der bevæger sig, til at bevæge sig.Næsten 70 procent af elektriciteten, der forbruges af industrien, bruges af elektriske motorsystemer.1

Omtrent 75 procent af industrimotorerne i drift bruges til at drive pumper, ventilatorer og kompressorer, en kategori af maskiner, der er meget modtagelige for store effektivitetsforbedringer2.Disse applikationer kører ofte med konstant hastighed, hele tiden, selv når det ikke er nødvendigt.Denne konstante drift spilder energi og producerer unødvendige CO2-udledninger, men ved at kontrollere en motors hastighed kan vi reducere strømforbruget, spare energi og reducere miljøbelastningen.

En måde at styre en motors hastighed på er ved at bruge et drev med variabel hastighed (VSD), en enhed, der regulerer en elektrisk motors rotationshastighed ved at variere frekvensen og spændingen, der leveres til motoren.Ved at styre en motors hastighed kan et drev reducere strømforbruget (f.eks. kan en reduktion af roterende udstyrs hastighed med 20 procent reducere indgangseffektbehovet med ca. 50 procent3) og give en betydelig forbedring i processtyring og betydelige driftsomkostningsbesparelser i løbet af levetiden af de moAs nyttige som VSD'er er til at spare energi i mange applikationer, kan de forårsage for tidlig motorfejl, hvis de ikke er korrekt jordet.Selvom der er mange forskellige årsager til elektrisk motorfejl, er det mest almindelige problem ved brug af et drev lejefejl forårsaget af common mode spænding.

Skader forårsaget af common mode spænding

I et trefaset AC-system kan common-mode spænding defineres som ubalancen mellem de tre faser skabt af frekvensomformerens pulsbreddemodulerede effekt eller spændingsforskellen mellem strømkildens jord og neutralpunktet af de tre- fasebelastning.Denne fluktuerende common mode spænding inducerer elektrostatisk spænding på motorens aksel, og denne akselspænding kan aflades gennem viklingerne eller gennem lejerne.Moderne ingeniørdesign, faseisolering og inverter spike-resistente ledninger kan hjælpe med at beskytte viklingerne;men når rotoren ser en opbygning af spændingsspidser, søger strømmen vejen med mindst modstand mod jord.I tilfælde af en elektrisk motor løber denne vej direkte gennem lejerne.

Da motorlejer anvender fedt til smøring, danner olien i fedtet en film, der fungerer som et dielektrikum, hvilket betyder, at det kan overføre de elektriske kræfter uden ledning.Over tid bryder dette dielektrikum dog ned.Uden fedtets isoleringsegenskaber vil akselspændingen aflades gennem lejerne og derefter gennem motorens hus for at opnå elektrisk jordforbindelse.Denne bevægelse af elektrisk strøm forårsager buedannelse i lejerne, almindeligvis omtalt som elektrisk udladningsbearbejdning (EDM).Da denne kontinuerlige buedannelse opstår over tid, bliver overfladearealerne i lejeringen sprøde, og små metalstykker kan brække af inde i lejet.Til sidst arbejder det beskadigede materiale sig vej mellem lejets kugler og løbebaner, hvilket forårsager en slibeeffekt, som kan producere mikronstørrelser, kaldet frosting, eller vaskebrætlignende kamme i lejets løbebane, kaldet fluting.

Nogle motorer kan fortsætte med at køre, efterhånden som skaden bliver gradvist værre, uden mærkbare problemer.Det første tegn på lejeskade er sædvanligvis en hørbar støj på grund af lejekuglerne, der bevæger sig hen over de forhullede og frostede områder.Men på det tidspunkt, hvor denne støj opstår, er skaden normalt blevet så stor, at fejlen er nært forestående.

Grundet i forebyggelse

Industrielle applikationer oplever typisk ikke disse bærevanskeligheder på motorer med variabel hastighed, men i nogle installationer, såsom kommercielle bygninger og lufthavnsbagagehåndtering, er robust jordforbindelse ikke altid tilgængelig.I disse tilfælde skal en anden metode bruges til at lede denne strøm væk fra lejerne.Den mest almindelige løsning er at tilføje en akseljordingsanordning til den ene ende af motorakslen, især i applikationer, hvor common mode spænding kan være mere udbredt.En akseljord er i det væsentlige et middel til at forbinde motorens drejerotor til jord via motorens ramme.At tilføje en akseljordingsanordning til motoren før installation (eller købe en motor med en forudinstalleret) kan være en lille pris at betale i forhold til prisskiltet for vedligeholdelsesomkostninger forbundet med lejeudskiftning, for ikke at nævne de høje omkostninger ved nedetid i et anlæg.

Der er flere almindelige typer af akseljordingsanordninger i industrien i dag, såsom kulbørster, ringformede fiberbørster og jordingslejeisolatorer, og andre metoder til beskyttelse af lejerne er også tilgængelige.

Kulbørster har været i brug i mere end 100 år og ligner de kulbørster, der bruges på DC-motorkommutatorer.Jordingsbørster sørger for den elektriske forbindelse mellem de roterende og stationære dele af motorens elektriske kredsløb og tager strømmen fra rotoren til jorden, så ladningen ikke opbygges på rotoren til det punkt, hvor den aflades gennem lejerne.Jordingsbørster tilbyder et praktisk og økonomisk middel til at give en lavimpedans vej til jorden, især for større rammemotorer;dog er de ikke uden deres ulemper.Som med jævnstrømsmotorer er børsterne udsat for slid på grund af den mekaniske kontakt med akslen, og uanset børsteholderens design skal samlingen efterses periodisk for at sikre korrekt kontakt mellem børsterne og akslen.

Skaftjordingsringe fungerer som en kulbørste, men de indeholder flere tråde af elektrisk ledende fibre arrangeret inde i en ring omkring skaftet.Ydersiden af ​​ringen, som typisk er monteret på motorens endeplade, forbliver stationær, mens børsterne kører på overfladen af ​​motorakslen og leder strømmen gennem børsterne og sikkert til jord.Akseljordingsringe kan monteres inde i motoren, hvilket gør det muligt at bruge dem på motorer med udvaskning og snavsede motorer.Ingen akseljordingsmetode er dog perfekt, og jordingsringe monteret udvendigt har en tendens til at samle forurenende stoffer på deres børster, hvilket kan reducere deres effektivitet.

Jordende lejeisolatorer kombinerer to teknologier: et todelt, berøringsfrit isoleringsskjold, der bruger et labyrintdesign til at forhindre indtrængning af forurenende stoffer og en metallisk rotor og en isoleret ledende filamentring til at lede akselstrømme væk fra lejerne.Da disse enheder også forhindrer tab af smøremiddel og forurening, erstatter de standard lejetætninger og traditionelle lejeisolatorer.

En anden måde at forhindre en afladning af strøm gennem lejerne på er at fremstille lejerne af et ikke-ledende materiale.I keramiske lejer beskytter keramisk-coatede kugler lejerne ved at forhindre akselstrøm i at strømme gennem lejerne til motoren.Da der ikke løber nogen elektrisk strøm gennem motorlejerne, er der lille chance for strøminduceret slid;men strømmen vil søge en vej til jorden, hvilket betyder, at den vil gå gennem tilsluttet udstyr.Da keramiske lejer ikke fjerner strømmen fra rotoren, anbefales kun specifikke direkte-drev-applikationer til motorer med keramiske lejer.Andre ulemper er prisen for denne type motorlejer og det faktum, at lejerne normalt kun er tilgængelige op til størrelse 6311.

På motorer større end 100 hestekræfter anbefales det generelt, at der installeres et isoleret leje i den modsatte ende af motoren, hvorpå akseljordingsanordningen er installeret, uanset hvilken type akseljording, der anvendes.

Tre tips til installation af drev med variabel hastighed

Tre overvejelser for vedligeholdelsesingeniøren, når han forsøger at reducere common mode spænding i applikationer med variabel hastighed, er:

1. Sørg for, at motoren (og motorsystemet) er korrekt jordet.
2. Bestem den korrekte bærefrekvensbalance, som vil minimere støjniveauer samt spændingsubalance.
3. Hvis en akseljordingsanordning anses for nødvendig, skal du vælge en, der fungerer bedst til applikationen.

Når en lejestrøm er til stede, er der ingen løsning, der passer til alle.Det er afgørende for kunden og motor- og drevleverandøren at arbejde sammen om at finde den mest passende løsning til den specifikke anvendelse.