Prąd wału w silnikach elektrycznych: ukryta przyczyna awarii łożyska

Wprowadzenie: Cichy Zabójca Łożysk

Czy kiedykolwiek spotkałeś się z powtarzającymi się, niewyjaśnionymi awariami łożysk w swoich silnikach elektrycznych? Pomimo odpowiedniego smarowania, ustawienia i warunków obciążenia, łożyska zużywają się przedwcześnie?

Winowajcą może nie być problem mechaniczny — może to być niewidzialne zagrożenie elektryczne: prąd wału.

To często pomijane zjawisko może powodować katastrofalne uszkodzenia łożysk, prowadząc do nieplanowanych przestojów, kosztownych napraw i skrócenia żywotności silnika. Zrozumienie, jak powstaje prąd wału — i jak go zatrzymać — jest niezbędne do utrzymania niezawodnej pracy silnika.

Co to jest prąd wału?

Prąd wału to niepożądany prąd elektryczny, który przepływa przez wał silnika i jego łożyska. Występuje, gdy różnica napięć — znana jako napięcie wału — narasta na obracającym się wale.

Kiedy to napięcie znajdzie drogę do uziemienia — zazwyczaj przez łożyska — prąd przepływa przez nie, powodując postępujące i często nieodwracalne uszkodzenia.

Jak generowane jest napięcie wału?

Kilka czynników może indukować napięcie na wale silnika. Najczęstsze źródła to:

• Asymetria magnetyczna

Niedoskonałości w obwodzie magnetycznym silnika — takie jak nierówne szczeliny powietrzne lub niespójności w laminacjach stojana/wirnika — tworzą niezrównoważone pole magnetyczne. Ta nierównowaga działa jak mały generator, indukując napięcie w wale (proces zwany indukcją magnetyczną).

• Przemienniki częstotliwości (VFD)

Nowoczesne VFD wykorzystują szybkie przełączanie tranzystorów IGBT, które wytwarzają wysokonapięciowe napięcia wspólnego trybu. Napięcia te pojemnościowo sprzęgają się z wałem silnika, szczególnie w przypadku długich tras kablowych lub instalacji bez ekranowania.

Jest to główna przyczyna prądu wału w dzisiejszych silnikach przemysłowych.

• Nagromadzenie elektrostatyczne

W niektórych przypadkach ładunki statyczne gromadzą się na wirniku z powodu tarcia z napędów pasowych, wentylatorów chłodzących lub przepływu powietrza. Chociaż jest to mniej powszechne, nadal może generować wystarczające napięcie, aby rozładować się przez łożyska.

Jak prąd wału niszczy łożyska

Łożyska to elementy mechaniczne — a nie przewodniki elektryczne. Kiedy prąd przez nie przepływa, nawet przy niskim natężeniu, powoduje poważne uszkodzenia poprzez obróbkę elektroerozyjną (EDM).

Proces uszkodzenia:

Mikro-łukowanie:Prąd przeskakuje między elementami tocznymi (kulki/rolki) a bieżniami.

Lokalne topnienie:Każde wyładowanie wytwarza ekstremalne ciepło (tysiące °C), topiąc mikroskopijne kratery w stalowej powierzchni.

Wżery i karbowanie:Z czasem te wżery układają się w rytmiczne, przypominające deskę do prania grzbiety na bieżni — wzór znany jako karbowanie.

Postępująca awaria:Karbowanie zwiększa wibracje, hałas i temperaturę. Ostatecznie łożysko ulega katastrofalnej awarii.

Wskazówka wizualna: Jeśli widzisz pofałdowany lub oszroniony wzór wewnątrz uszkodzonego łożyska, prawdopodobnie przyczyną jest prąd wału.

Jak zapobiegać uszkodzeniom spowodowanym prądem wału

Zapobieganie koncentruje się na jednym celu: przekierowaniu lub zablokowaniu prądu, zanim dotrze do łożysk.

1. Zainstaluj pierścienie uziemiające wał

Ekonomiczne, niezawodne rozwiązanie.

Wykorzystuje przewodzące mikrowłókna lub szczotki do kontaktu z wałem.

Zapewnia niską impedancję do uziemienia, całkowicie omijając łożyska.

Idealne do silników napędzanych przez VFD.

2. Używaj łożysk izolowanych

Posiadają powłokę ceramiczną (np. tlenek glinu natryskiwany plazmowo) na pierścieniu zewnętrznym lub wewnętrznym.

Przerywa obwód elektryczny, zapobiegając przepływowi prądu przez łożysko.

Często stosowane na końcu nie napędzanym (NDE) silnika.

3. Szczotki uziemiające

Proste szczotki węglowe lub miedziane, które stykają się z wałem.

Mniej trwałe niż pierścienie uziemiające, ale skuteczne w zastosowaniach o niskiej prędkości lub lekkich obciążeniach.

4. Prawidłowa instalacja silnika i napędu

Używaj ekranowanych kabli silnikowych i odpowiednich praktyk uziemienia.

Zminimalizuj długość kabla między VFD a silnikiem.

Rozważ zastosowanie filtrów sinusoidalnych lub filtrów dv/dt w celu zmniejszenia napięcia wspólnego trybu.

Podsumowanie: Chroń swoją inwestycję

Prąd wału jest cichym, ale poważnym zagrożeniem — szczególnie w nowoczesnych systemach sterowanych przez VFD. Chociaż objawy mogą pozostać niezauważone do momentu awarii, rozwiązanie jest zarówno możliwe do zapobiegania, jak i opłacalne.

Rozpoznając objawy — takie jak karbowanie w uszkodzonych łożyskach — i wdrażając środki ochronne, takie jak pierścienie uziemiające lub łożyska izolowane, możesz:

Przedłużyć żywotność łożysk i silnika

Zmniejszyć koszty konserwacji

Uniknąć nieoczekiwanych przestojów

Nie pozwól, aby niewidzialny prąd zagrażał Twojej działalności. Chroń swoje silniki. Chroń swoją produktywność.

Potrzebujesz precyzyjnych łożysk odpornych na erozję elektryczną?

W Beining Intelligent Technology oferujemy łożyska izolowane, hybrydowe łożyska ceramiczne i niestandardowe rozwiązania przeznaczone do silników napędzanych przez VFD, robotyki i wrzecion o dużej prędkości.

Skontaktuj się z nami w celu uzyskania wsparcia technicznego lub rekomendacji produktów.