Struje u ležajevima uzrokovane frekvencijskim pretvaračem: dijagnosticiranje oštećenja ležajeva elektromotora

Zašto kvarove ležajeva treba ispitati i s električnog stajališta?

Kvarovi ležajeva motora često se povezuju s podmazivanjem, poravnanjem, onečišćenjem ili prekomjernim mehaničkim opterećenjem. To su i dalje važni uzroci, ali ne objašnjavaju svaki ponovljeni kvar.

Kada se oštećenje ležaja pojavi nakon ugradnje ili preinake frekvencijskog pretvarača (VFD), inženjeri trebaju ispitati i električni sustav. Brzo uključivanje sklopki pretvarača može stvoriti visokofrekventne razlike napona koje uzrokuju protok struje neželjenim putovima.

Nastalo oštećenje može nalikovati uobičajenom mehaničkom trošenju. Zato zamjena ležaja bez ispitivanja temeljnog uzroka možda neće riješiti izvorni problem.

Međutim, kvar koji se dogodi nakon ugradnje frekvencijskog pretvarača ne dokazuje da ga je pretvarač uzrokovao. Za utvrđivanje uzroka potrebni su dokazi iz ležaja, motora, pretvarača, kabela, uzemljenja i povijesti rada.

Kako frekvencijski pretvarači mogu uzrokovati struje kroz ležajeve?

Frekvencijski pretvarači, kao što je AC frekvencijski pretvarač Allen-Bradley 22A-D2P3N104, reguliraju brzinu motora upravljanjem frekvencijom i naponom koji se dovode motoru. Pulsno-širinska modulacija brzo uključuje i isključuje izlazne sklopke pretvarača, stvarajući naponske prijelaze s visokofrekventnim komponentama.

Ovi električni uvjeti mogu stvoriti napon osovine i neželjene putove struje kroz ležajeve motora.

Što su kapacitivne struje izbijanja?

Parazitski kapacitet unutar motora može prenijeti napon zajedničkog načina na rotor i osovinu. Kada napon na kontaktu ležaja premaši njegovu sposobnost podnošenja električnog opterećenja, može doći do izbijanja kroz kotrljajući kontakt.

Ponovljena izbijanja mogu uzrokovati oštećenja slična onima nastalima elektrozračnom obradom, uključujući sitne kratere na površinama ležajeva.

Što su visokofrekventne kružne struje?

Kod nekih izvedbi motora visokofrekventni magnetski tok inducira napon između različitih točaka na osovini. Zbog toga struja može prolaziti kroz osovinu, ležajeve i kućište motora.

Mehanizam ovisi o konstrukciji motora i električnim uvjetima. Veći motori mogu biti posebno važni pri ovakvom istraživanju.

Što su struje uzemljenja osovine?

Razlike napona između osovine, kućišta motora i priključene opreme mogu stvoriti dodatni put struje. Ovisno o instalaciji, struja može prolaziti kroz spojku i ležajeve priključene pumpe ili prijenosnika.

Ti se mehanizmi razlikuju, iako se više njih može pojaviti u istoj instalaciji. Inženjeri trebaju utvrditi stvarni put struje prije odabira korektivne mjere.

Što vam oštećenje ležaja može otkriti?

Električna erozija može ostaviti matirani izgled, sitna udubljenja ili pravilno razmaknute brazde poznate kao žljebovi. Ti obrasci mogu ukazivati na ponovljeno električno pražnjenje, no sam vizualni pregled nije dovoljan za konačnu dijagnozu.

Fotografirajte ležaj prije čišćenja. Zabilježite mjesto oštećenja, oznaku ležaja i kraj motora. Sačuvajte uklonjene komponente ako će biti potreban daljnji pregled.

Povežite fizičke dokaze s trendovima rada i nedavnim električnim promjenama. Ni tamna mast ni alarm vibracija sami po sebi ne dokazuju električni uzrok.

Koje provjere trebate obaviti prije zamjene još jednog ležaja?

Kako sačuvati dokaze o kvaru?

Zabilježite oznaku ležaja i je li došao sa strane pogona ili sa strane koja nije pogonska. Fotografirajte staze kotrljanja, kotrljajuća tijela, brtve i mazivo prije čišćenja.

Prikupite dostupne trendove vibracija, sate rada, uvjete opterećenja i evidenciju održavanja. Zabilježite i model VFD-a, identifikaciju motora, nedavne promjene parametara i podatke o kabelu motora. Zapisi o pogonskom sustavu mogu uključivati komponente kao što su upravljačka ploča sučelja ABB ACS600 NINT-72C i pogonski modul sučelja ABB DIS0012.

Kako istražiti mehaničke i električne uzroke?

Pregledajte podmazivanje, onečišćenje, dosjed ležaja, stanje vratila, stanje kućišta, poravnanje i opterećenje. Usporedite mjesto oštećenja s očekivanom zonom mehaničkog opterećenja.

Istodobno istražite moguću električnu eroziju. Mehanička i električna oštećenja mogu postojati istodobno, stoga ispitivanjem ne treba prerano odlučiti koje je od njih uzrok.

Što treba provjeriti kod uzemljenja i oklapanja kabela?

Provjerite priključak zaštitnog uzemljenja motora i cjelokupan sustav uzemljenja. Pregledajte završetke oklopa, spojnice za izjednačenje potencijala, koroziju, obojene kontaktne površine i izmjene napravljene tijekom prethodnog održavanja.

Pridržavajte se zahtjeva proizvođača frekvencijskog pretvarača i motora za oklapanje i završetak kabela. Ako je propisano, provjerite je li ostvareno izjednačenje potencijala po cijelom opsegu od 360 stupnjeva na strani motora i pogona.

Zadovoljavajuće očitanje istosmjerne vodljivosti ne dokazuje nisku impedanciju pri visokim frekvencijama. Nemojte osnovno ispitivanje kontinuiteta smatrati dokazom da je povratni visokofrekvencijski put odgovarajući.

Koje postavke pogona i motora treba provjeriti?

Zabilježite postavljenu frekvenciju sklapanja ili nosivu frekvenciju, raspon brzina, profil rada i relevantne postavke pogona. Usporedite te podatke s odobrenom konfiguracijom primjene i preporukama proizvođača.

Nemojte mijenjati frekvenciju sklapanja ni izlazno filtriranje samo radi provjere pretpostavke. Takve promjene mogu utjecati na zagrijavanje motora, elektromagnetsku kompatibilnost, rad pogona i druge zahtjeve primjene.

Zašto pregledati cijeli pogonski sklop?

U ispitivanje uključite motor, spojku, reduktor, pumpu i pogonjenu opremu. Mogući strujni putovi mogu se protezati i izvan samog motora.

Provjerite izjednačenje potencijala između povezanih uređaja i utvrdite jesu li se promijenili mehanički ili električni uvjeti. Svaka korektivna mjera mora očuvati zaštitno uzemljenje i ispunjavati primjenjive sigurnosne zahtjeve.

Kako potvrditi dijagnozu i korektivnu mjeru?

Na temelju prikupljenih dokaza odlučite jesu li potrebna specijalistička mjerenja. Ovisno o sumnjivom mehanizmu, odgovarajuće opremljeni inženjer može ispitati napon vratila, visokofrekvencijske strujne putove ili učinkovitost uzemljenja.

Prije odabira izoliranih ležajeva, uređaja za uzemljenje vratila, filtara zajedničkog načina ili drugih mjera ublažavanja posljedica, posavjetujte se s proizvođačima motora i pogona. Te mjere nisu međusobno zamjenjive i moraju odgovarati primjeni motora i pogona.

Kako spriječiti ponavljanje kvarova?

Učinkovita prevencija počinje pregledom instalacije, a ne zamjenom samo jedne komponente. Provjerite jesu li motorni kabeli, završeci oklopa, uzemljenje i konfiguracija pogona u skladu s primjenjivim uputama proizvođača.

Primjerice, ABB-ove tehničke smjernice o strujama kroz ležajeve razmatraju odgovarajuće putove uzemljenja, simetrične motorne kabele, izlazne filtre i izolaciju ležaja kao moguće mjere ublažavanja problema. Prikladna kombinacija ovisi o sustavu pretvarača i konstrukciji motora.

Vodite evidenciju o izvornom kvaru, odabranoj korektivnoj mjeri i daljnjem radu opreme. Ta evidencija pomaže inženjerima da usporede rezultate budućih pregleda ležajeva i prepoznaju obrasce kvarova koji se ponavljaju.

Po potrebi utvrdite početne vrijednosti vibracija i temperature. Kombinirajte te trendove s nalazima održavanja i rezultatima električnog pregleda, umjesto da se oslanjate na samo jedan pokazatelj. Uređaji za nadzor, kao što su relej zaštite motora ABB REM610C55HCMR i relej zaštite motora GE Multilin 339, uobičajeno se koriste za praćenje radnih uvjeta motora.

Koja su sigurnosna i dijagnostička ograničenja?

Sustavi motora i pretvarača mogu sadržavati opasne napone i pohranjenu električnu energiju. Prije pregleda električnih spojeva ili uklanjanja komponenti pridržavajte se odobrenih postupaka za izolaciju, zaključavanje, pražnjenje i provjeru.

Mjerenja pod naponom zahtijevaju odgovarajuće instrumente, metode i kvalificirano osoblje. Nemojte zaobilaziti zaštitne uzemljivačke spojeve niti uklanjati potrebne štitove dok oprema radi.

Naposljetku, razlikujte sumnju na određeni mehanizam kvara od potvrđenog osnovnog uzroka. Najpouzdaniji zaključak temelji se na kombinaciji fizičkih dokaza o stanju ležaja, električnih nalaza, povijesti rada i uputa proizvođača.

Zaključak: Kako izbjeći ponovljene zamjene ležajeva

Ponovljeni kvarovi ležajeva u opremi koju pokreću frekvencijski pretvarači zahtijevaju usklađenu električnu i mehaničku istragu. Sačuvajte oštećeni ležaj, provjerite mehaničke uvjete, pregledajte uzemljenje i oklop kabela te provjerite konfiguraciju pretvarača. Prije odabira korektivne mjere istražite cijeli povezani sklop opreme. Budući da više mehanizama kvara može uzrokovati slične simptome, potvrdite dijagnozu odgovarajućim dokazima i uputama proizvođača. Ovaj postupak pomaže timovima za održavanje da izbjegnu ponovljene zamjene i odaberu korektivne mjere prilagođene stvarnoj instalaciji.