Die Erdung der Motorwelle verbessert die Zuverlässigkeit umrichterbetriebener Motoren

Wartungstechniker auf den Dächern von Gewerbegebäuden oder Industrieanlagen schmieren regelmäßig Motoren nach und prüfen sie auf andere Ermüdungserscheinungen, und ohne vorbeugende Wartungstools oder fortschrittliche Software zur vorausschauenden Steuerung, die Warnungen ausgibt, bleiben Ingenieure möglicherweise stehen und denken: „Was sind das für Motoren?“ schlechter werden?"Wird es lauter oder ist das nur meine Einbildung?“Die internen Sensoren (Gehör) und Ahnungen (vorausschauende Alarme) des erfahrenen Ingenieurs des Motors mögen richtig sein, mit der Zeit geraten die Lager jedoch in die Mitte des Bewusstseins von niemandem.Vorzeitiger Verschleiß im Gehäuse, aber warum?Seien Sie sich dieser „neuen“ Ursache für Lagerausfälle bewusst und wissen Sie, wie Sie diese durch die Eliminierung von Gleichtaktspannungen verhindern können.

Warum fallen Motoren aus?

Obwohl es viele verschiedene Ursachen für einen Motorausfall gibt, ist der Lagerschaden immer wieder die häufigste Ursache.Industriemotoren sind häufig verschiedenen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die sich negativ auf die Lebensdauer des Motors auswirken können.Während Verschmutzung, Feuchtigkeit, Hitze oder falsche Belastung durchaus zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen können, ist die Gleichtaktspannung ein weiteres Phänomen, das zu einem Lagerausfall führen kann.

Gleichtaktspannung

Die meisten heute verwendeten Motoren werden mit Querspannung betrieben, d. h. sie sind direkt an das Drehstromnetz angeschlossen, das in die Anlage gelangt (über einen Motorstarter).Da die Anwendungen in den letzten Jahrzehnten komplexer geworden sind, sind Motoren, die von Frequenzumrichtern angetrieben werden, immer häufiger anzutreffen.Der Vorteil der Verwendung eines Frequenzumrichters zum Antrieb eines Motors besteht darin, dass er in Anwendungen wie Lüftern, Pumpen und Förderbändern eine Drehzahlregelung ermöglicht und Lasten mit optimalem Wirkungsgrad laufen lässt, um Energie zu sparen.

Ein Nachteil von Frequenzumrichtern ist jedoch die Möglichkeit von Gleichtaktspannungen, die durch ein Ungleichgewicht zwischen den dreiphasigen Eingangsspannungen des Antriebs verursacht werden können.Das Hochgeschwindigkeitsschalten eines pulsweitenmodulierten (PWM) Wechselrichters kann Probleme für Motorwicklungen und Lager verursachen. Die Wicklungen sind durch ein Anti-Spike-Isolierungssystem des Wechselrichters gut geschützt, aber wenn sich am Rotor Spannungsspitzen ansammeln, sinkt der Strom sucht den Weg zum geringsten Widerstand zum Boden: durch Lager.

Motorlager werden mit Fett geschmiert und das Öl im Fett bildet einen Film, der als Dielektrikum wirkt.Mit der Zeit bricht dieses Dielektrikum zusammen, die Spannung in der Welle steigt, das Stromungleichgewicht sucht sich den Weg des geringsten Widerstands durch das Lager, was zu einem Lichtbogen im Lager führt, der allgemein als EDM (Electrical Discharge Machining) bezeichnet wird.Mit der Zeit kommt es zu dieser ständigen Lichtbogenbildung, die Oberflächen der Lagerlaufbahnen werden spröde und winzige Metallteile im Inneren des Lagers können brechen.Letztendlich wandert dieses beschädigte Material zwischen den Lagerkugeln und den Lagerlaufbahnen und erzeugt einen abrasiven Effekt, der zu Frost oder Riefen führen kann (und möglicherweise Umgebungsgeräusche, Vibrationen und Motortemperatur erhöht).Wenn sich die Situation verschlimmert, können einige Motoren weiterlaufen, und je nach Schwere des Problems kann eine Beschädigung der Motorlager unvermeidlich sein, da der Schaden bereits entstanden ist.

basierend auf Prävention

Wie leitet man den Strom vom Lager ab?Die gebräuchlichste Lösung besteht darin, an einem Ende der Motorwelle eine Wellenerdung anzubringen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen Gleichtaktspannungen häufiger auftreten können.Bei der Wellenerdung handelt es sich grundsätzlich um eine Möglichkeit, den rotierenden Rotor eines Motors über das Motorgehäuse mit der Erde zu verbinden.Das Hinzufügen eines Wellenschliffs zum Motor (oder der Kauf eines vorinstallierten Motors) vor der Installation kann im Vergleich zu den Wartungskosten, die mit dem Austausch von Lagern verbunden sind, ein geringer Preis sein, ganz zu schweigen von den hohen Kosten für Ausfallzeiten der Anlage.

Heutzutage sind in der Industrie verschiedene Arten von Wellenerdungsanordnungen üblich.Nach wie vor beliebt ist die Montage von Kohlebürsten auf Halterungen.Diese ähneln typischen Gleichstrom-Kohlebürsten, die grundsätzlich eine elektrische Verbindung zwischen den rotierenden und stationären Teilen des Motorstromkreises herstellen..Ein relativ neuer Gerätetyp auf dem Markt ist das Faserbürstenringgerät. Diese Geräte funktionieren ähnlich wie Kohlebürsten, indem sie mehrere Stränge leitfähiger Fasern ringförmig um die Welle legen.Die Außenseite des Rings bleibt stationär und wird normalerweise an der Endplatte des Motors montiert, während die Bürsten auf der Oberfläche der Motorwelle laufen und den Strom durch die Bürsten umleiten und sicher geerdet sind.Bei größeren Motoren (über 100 PS) wird jedoch unabhängig von der verwendeten Wellenerdungsvorrichtung generell empfohlen, am anderen Ende des Motors, wo die Wellenerdungsvorrichtung installiert ist, ein isoliertes Lager zu installieren, um sicherzustellen, dass alle Spannungen im Rotor vorhanden sind über die Erdungseinrichtung entladen.

abschließend

Frequenzumrichter können in vielen Anwendungen Energie sparen, aber ohne ordnungsgemäße Erdung können sie zu einem vorzeitigen Motorausfall führen.Bei der Reduzierung der Gleichtaktspannungen in Anwendungen mit Frequenzumrichtern sind drei Dinge zu beachten: 1) Stellen Sie sicher, dass der Motor (und das Motorsystem) ordnungsgemäß geerdet ist.2) Bestimmen Sie die richtige Trägerfrequenzbalance, um Rauschpegel und Spannungsungleichgewichte zu minimieren.3) Wenn eine Wellenerdung als notwendig erachtet wird, wählen Sie die Erdung, die für die Anwendung am besten geeignet ist.