موتورهای الکتریکی نقش حیاتی در زندگی روزمره ما ایفا می کنند - جایی که ما زندگی می کنیم، کار می کنیم و بازی می کنیم.به عبارت ساده، آنها تقریباً هر چیزی را که حرکت می کند، حرکت می کنند.نزدیک به 70 درصد برق مصرفی صنعت توسط سیستم های موتور الکتریکی استفاده می شود.1

تقریباً 75 درصد از موتورهای صنعتی در حال کار برای راه اندازی پمپ ها، فن ها و کمپرسورها استفاده می شود، دسته ای از ماشین آلات که به شدت مستعد بهبودهای عمده بهره وری هستند.این برنامه‌ها اغلب با سرعت ثابت کار می‌کنند، همیشه، حتی زمانی که مورد نیاز نیستند.این عملکرد ثابت باعث هدر رفتن انرژی و تولید گازهای گلخانه ای غیرضروری می شود، اما با کنترل سرعت موتور، می توانیم مصرف برق را کاهش دهیم، در مصرف انرژی صرفه جویی کنیم و اثرات زیست محیطی را کاهش دهیم.

یکی از راه‌های کنترل سرعت موتور، استفاده از یک درایو با سرعت متغیر (VSD) است، دستگاهی که سرعت چرخش موتور الکتریکی را با تغییر فرکانس و ولتاژی که به موتور عرضه می‌شود، تنظیم می‌کند.با کنترل سرعت موتور، یک درایو می تواند مصرف برق را کاهش دهد (به عنوان مثال، کاهش سرعت تجهیزات دوار تا 20 درصد می تواند نیاز برق ورودی را تقریباً 50 درصد کاهش دهد) و بهبود قابل توجهی در کنترل فرآیند و صرفه جویی قابل توجهی در هزینه عملیات در طول عمر ایجاد کند. از moAهایی که به عنوان VSDها برای صرفه جویی در انرژی در بسیاری از کاربردها مفید هستند، اگر به درستی زمین نشوند می توانند باعث خرابی زودرس موتور شوند.در حالی که دلایل مختلفی برای خرابی موتور الکتریکی وجود دارد، رایج ترین مشکل در هنگام استفاده از درایو، خرابی بلبرینگ ناشی از ولتاژ حالت رایج است.

آسیب ناشی از ولتاژ حالت مشترک

در یک سیستم AC سه فاز، ولتاژ حالت مشترک را می توان به عنوان عدم تعادل موجود بین سه فاز ایجاد شده توسط توان مدوله شده عرض پالس درایو، یا اختلاف ولتاژ بین زمین منبع تغذیه و نقطه خنثی سه فاز تعریف کرد. بار فازاین ولتاژ نوسان حالت معمولی به صورت الکترواستاتیک ولتاژی را در شفت موتور القا می کند و این ولتاژ شفت می تواند از طریق سیم پیچ ها یا از طریق یاتاقان ها تخلیه شود.طراحی های مهندسی مدرن، عایق فاز و سیم مقاوم در برابر سنبله اینورتر می تواند به محافظت از سیم پیچ ها کمک کند.با این حال، هنگامی که روتور افزایش ولتاژ را مشاهده می کند، جریان به دنبال مسیری با کمترین مقاومت نسبت به زمین است.در مورد موتور الکتریکی، این مسیر مستقیماً از یاتاقان ها عبور می کند.

از آنجایی که یاتاقان های موتور از گریس برای روانکاری استفاده می کنند، روغن موجود در گریس لایه ای را تشکیل می دهد که به عنوان دی الکتریک عمل می کند، به این معنی که می تواند نیروهای الکتریکی را بدون رسانایی منتقل کند.با گذشت زمان، این دی الکتریک خراب می شود.بدون خواص عایق گریس، ولتاژ شفت از طریق یاتاقان ها و سپس از طریق محفظه موتور تخلیه می شود تا به زمین الکتریکی برسد.این حرکت جریان الکتریکی باعث ایجاد قوس در یاتاقان ها می شود که معمولاً به آن ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) می گویند.از آنجایی که این قوس مداوم در طول زمان رخ می دهد، سطح سطح در بلبرینگ شکننده می شود و قطعات ریز فلز می توانند در داخل یاتاقان شکسته شوند.در نهایت، مواد آسیب‌دیده بین توپ‌های بلبرینگ و نژادها کار می‌کند و باعث ایجاد یک اثر سنگ‌زنی می‌شود که می‌تواند باعث ایجاد حفره‌هایی در اندازه میکرون، به نام فراستینگ، یا برآمدگی‌های تخته‌شویی مانند در مسیر بلبرینگ شود که به آن فلوت می‌گویند.

برخی از موتورها می توانند با بدتر شدن تدریجی آسیب و بدون هیچ مشکلی به کار خود ادامه دهند.اولین علامت آسیب یاتاقان معمولاً یک صدای قابل شنیدن است که به دلیل حرکت توپ های بلبرینگ در مناطق سوراخ شده و یخ زده است.اما زمانی که این صدا رخ می دهد، آسیب معمولا به اندازه ای قابل توجه است که خرابی قریب الوقوع است.

مبتنی بر پیشگیری

کاربردهای صنعتی معمولاً این مشکلات باربری را در موتورهای با سرعت متغیر تجربه نمی‌کنند، اما در برخی از تأسیسات، مانند ساختمان‌های تجاری و جابجایی چمدان‌های فرودگاهی، اتصال زمین قوی همیشه در دسترس نیست.در این موارد باید از روش دیگری برای انحراف این جریان از یاتاقان ها استفاده کرد.متداول ترین راه حل اضافه کردن یک دستگاه اتصال به زمین به یک انتهای شفت موتور است، به خصوص در کاربردهایی که ولتاژ حالت معمولی می تواند رایج تر باشد.زمین شفت در اصل وسیله ای برای اتصال روتور چرخان موتور به زمین زمین از طریق قاب موتور است.اضافه کردن یک دستگاه اتصال زمین به موتور قبل از نصب (یا خرید یک موتور با یک موتور از پیش نصب شده) در مقایسه با قیمت هزینه های تعمیر و نگهداری مرتبط با تعویض بلبرینگ، می تواند هزینه کمی باشد، به غیر از هزینه های بالای آن. توقف در یک تاسیسات

امروزه چندین نوع متداول از دستگاه‌های اتصال به زمین شفت در صنعت وجود دارد، مانند برس‌های کربنی، برس‌های الیافی حلقه‌ای و جداکننده‌های یاتاقان‌های زمین و سایر روش‌های محافظت از یاتاقان‌ها نیز موجود است.

برس های کربنی بیش از 100 سال است که مورد استفاده قرار می گیرند و شبیه برس های کربنی هستند که در کموتاتورهای موتور DC استفاده می شوند.برس های ارت اتصال الکتریکی بین بخش های دوار و ثابت مدار الکتریکی موتور را فراهم می کنند و جریان را از روتور به زمین می برند تا بار روی روتور تا جایی که از طریق یاتاقان ها تخلیه می شود جمع نشود.برس های ارت وسیله ای کاربردی و اقتصادی برای ایجاد یک مسیر کم امپدانس به زمین، به ویژه برای موتورهای فریم بزرگتر ارائه می دهند.با این حال، آنها بدون اشکال نیستند.همانند موتورهای DC، برس‌ها به دلیل تماس مکانیکی با شفت در معرض سایش قرار می‌گیرند، و صرف نظر از طراحی نگهدارنده برس، مجموعه باید به‌طور دوره‌ای بازرسی شود تا از تماس مناسب بین برس‌ها و شفت اطمینان حاصل شود.

حلقه‌های اتصال به زمین مانند یک برس کربنی عمل می‌کنند، اما حاوی رشته‌های متعددی از الیاف رسانای الکتریکی هستند که در داخل یک حلقه در اطراف شفت قرار گرفته‌اند.قسمت بیرونی حلقه، که معمولاً روی صفحه انتهایی موتور نصب می‌شود، ثابت می‌ماند، در حالی که برس‌ها روی سطح شفت موتور سوار می‌شوند و جریان را از طریق برس‌ها و با خیال راحت به زمین هدایت می‌کنند.حلقه های اتصال به زمین را می توان در داخل موتور نصب کرد و به آنها اجازه می دهد تا در موتورهای وظیفه شستشو و کثیف استفاده شوند.با این حال، هیچ روش اتصال به زمین کامل نیست و حلقه‌های زمینی که در خارج نصب می‌شوند، تمایل دارند آلاینده‌ها را روی موهایشان جمع‌آوری کنند، که ممکن است کارایی آنها را کاهش دهد.

جداکننده های یاتاقان زمین دو فناوری را ترکیب می کنند: یک سپر جداسازی دو قسمتی و بدون تماس که از یک طرح هزارتویی برای جلوگیری از ورود آلاینده ها استفاده می کند و یک روتور فلزی و حلقه رشته ای رسانا ایزوله برای منحرف کردن جریان شفت از یاتاقان ها.از آنجایی که این دستگاه ها از هدر رفتن و آلودگی روان کننده نیز جلوگیری می کنند، جایگزین آب بند های بلبرینگ استاندارد و ایزولاتورهای بلبرینگ سنتی می شوند.

راه دیگر برای جلوگیری از تخلیه جریان از طریق یاتاقان ها، ساخت یاتاقان ها از مواد نارسانا است.در یاتاقان های سرامیکی، گلوله های پوشش داده شده با سرامیکی از یاتاقان ها با جلوگیری از عبور جریان شفت از طریق یاتاقان ها به موتور محافظت می کنند.از آنجایی که هیچ جریان الکتریکی از طریق یاتاقان های موتور عبور نمی کند، شانس کمی برای سایش ناشی از جریان وجود دارد.با این حال، جریان به دنبال مسیری به سمت زمین است، به این معنی که از تجهیزات متصل عبور می کند.از آنجایی که یاتاقان‌های سرامیکی جریان را از روتور حذف نمی‌کنند، تنها کاربردهای خاص درایو مستقیم برای موتورهایی با یاتاقان‌های سرامیکی توصیه می‌شود.از دیگر معایب هزینه این سبک از بلبرینگ موتور و این واقعیت است که یاتاقان ها معمولاً فقط تا سایز 6311 در دسترس هستند.

در موتورهای بزرگتر از 100 اسب بخار، به طور کلی توصیه می شود که یک یاتاقان عایق در طرف مقابل موتوری که دستگاه اتصال به زمین شفت روی آن نصب شده، نصب شود، صرف نظر از اینکه از کدام سبک اتصال به زمین استفاده می شود.

سه نکته نصب درایو با سرعت متغیر

سه نکته برای مهندس تعمیر و نگهداری هنگام تلاش برای کاهش ولتاژ حالت رایج در کاربردهای سرعت متغیر عبارتند از:

1. اطمینان حاصل کنید که موتور (و سیستم موتور) به درستی زمین شده است.
2. تعادل فرکانس حامل مناسب را تعیین کنید، که سطوح نویز و همچنین عدم تعادل ولتاژ را به حداقل می رساند.
3. اگر یک دستگاه اتصال به زمین شفت ضروری تشخیص داده می شود، یکی را انتخاب کنید که برای برنامه کاربردی بهتر عمل می کند.

هنگامی که یک جریان یاتاقان وجود دارد، هیچ راه حل یک اندازه مناسب برای همه وجود ندارد.برای مشتری و تامین کننده موتور و درایو حیاتی است که با هم کار کنند تا مناسب ترین راه حل را برای کاربرد خاص شناسایی کنند.