Correnti nei cuscinetti indotte dai VFD: diagnosi dei danni ai cuscinetti dei motori elettrici

Perché i guasti ai cuscinetti richiedono un’indagine elettrica?

I guasti ai cuscinetti dei motori sono spesso associati alla lubrificazione, all’allineamento, alla contaminazione o a carichi meccanici eccessivi. Queste restano cause importanti, ma non spiegano tutti i guasti ricorrenti.

Quando si notano danni ai cuscinetti dopo l’installazione o la modifica di un azionamento a frequenza variabile (VFD), gli ingegneri dovrebbero esaminare anche l’impianto elettrico. La rapida commutazione dell’inverter può creare differenze di tensione ad alta frequenza che generano corrente attraverso percorsi indesiderati.

I danni conseguenti possono assomigliare alla normale usura meccanica. Pertanto, sostituire il cuscinetto senza indagare sulla causa sottostante potrebbe lasciare irrisolto il problema originale.

Tuttavia, un guasto che si verifica dopo l’installazione di un VFD non dimostra che la causa sia l’azionamento. Per determinarne la causa servono prove relative al cuscinetto, al motore, all’azionamento, ai cavi, alla messa a terra e alla cronologia di funzionamento.

In che modo i VFD possono generare correnti nei cuscinetti?

Gli azionamenti a frequenza variabile (VFD), come l’azionamento CA Allen-Bradley 22A-D2P3N104, regolano la velocità del motore controllando la frequenza e la tensione applicate al motore. La modulazione di larghezza di impulso commuta rapidamente i dispositivi di uscita dell’inverter, producendo transizioni di tensione con componenti ad alta frequenza.

Queste condizioni elettriche possono generare tensione sull’albero e percorsi di corrente indesiderati attraverso i cuscinetti del motore.

Cosa sono le correnti di scarica capacitiva?

La capacità parassita all’interno di un motore può accoppiare la tensione di modo comune al rotore e all’albero. Quando la tensione ai capi del contatto di un cuscinetto supera la sua capacità di sopportare la sollecitazione elettrica, può verificarsi una scarica attraverso il contatto volvente.

Le scariche ripetute possono causare danni da elettroerosione, tra cui piccoli crateri sulle superfici dei cuscinetti.

Cosa sono le correnti circolanti ad alta frequenza?

In alcuni motori, il flusso magnetico ad alta frequenza induce una tensione tra punti diversi lungo l’albero. Ciò può generare corrente attraverso l’albero, i cuscinetti e il telaio del motore.

Il meccanismo dipende dalla struttura del motore e dalle condizioni elettriche. I motori di dimensioni maggiori possono essere particolarmente rilevanti in questo tipo di analisi.

Cosa sono le correnti di messa a terra dell’albero?

Le differenze di tensione tra l’albero, il telaio del motore e le apparecchiature collegate possono creare un percorso alternativo per la corrente. A seconda dell’installazione, il percorso può coinvolgere il giunto e i cuscinetti di una pompa o di un riduttore collegati.

Questi meccanismi sono distinti, anche se nell’ambito della stessa installazione può verificarsi più di uno. Gli ingegneri dovrebbero individuare il percorso effettivo della corrente prima di scegliere una misura correttiva.

Cosa può rivelare il danno al cuscinetto?

L’erosione elettrica può conferire un aspetto opacizzato, causare piccoli crateri o formare righe regolarmente distanziate, note come fluting. Questi schemi possono indicare scariche elettriche ripetute, ma il solo esame visivo non è sufficiente per una diagnosi definitiva.

Fotografa il cuscinetto prima di pulirlo. Registra la posizione del danno, l’identificazione del cuscinetto e l’estremità del motore. Conserva i componenti rimossi quando potrebbero essere necessari ulteriori controlli.

Correla le prove fisiche con l’andamento del funzionamento e le recenti modifiche elettriche. Né il grasso scuro né un allarme di vibrazione dimostrano, da soli, una causa elettrica.

Quali controlli completare prima di sostituire un altro cuscinetto?

Come si conservano le prove del guasto?

Registra la designazione del cuscinetto e indica se proviene dal lato azionamento o dal lato opposto all’azionamento. Fotografa le piste, i corpi volventi, le tenute e il lubrificante prima di pulirli.

Raccogli i dati disponibili sull’andamento delle vibrazioni, le ore di funzionamento, le condizioni di carico e gli interventi di manutenzione. Registra anche il modello del VFD, l’identificazione del motore, le recenti modifiche dei parametri e le informazioni sui cavi del motore. La documentazione relativa all’azionamento può includere componenti come la scheda di interfaccia di controllo ABB ACS600 NINT-72C e il modulo di interfaccia dell’azionamento ABB DIS0012.

Come si indagano le cause meccaniche ed elettriche?

Controlla la lubrificazione, la contaminazione, l’accoppiamento del cuscinetto, le condizioni dell’albero e dell’alloggiamento, l’allineamento e il carico. Confronta la posizione del danno con la zona di carico meccanico prevista.

Al tempo stesso, verificare la possibile erosione elettrica. I danni meccanici ed elettrici possono coesistere, quindi l’indagine non dovrebbe costringere a scegliere prematuramente tra le due cause.

Che cosa occorre controllare nella messa a terra e nella schermatura dei cavi?

Esaminare il collegamento di terra di protezione del motore e l’intero sistema di messa a terra. Controllare le terminazioni delle schermature, i giunti equipotenziali, la corrosione, le superfici di contatto verniciate e le modifiche apportate durante gli interventi di manutenzione precedenti.

Seguire i requisiti dei produttori del VFD e del motore per la schermatura e la terminazione dei cavi. Quando previsto, verificare il collegamento a 360 gradi alle estremità del motore e dell’azionamento.

Una lettura soddisfacente della continuità in corrente continua non dimostra che l’impedenza alle alte frequenze sia bassa. Non considerare una semplice prova di continuità come prova dell’adeguatezza del percorso di ritorno ad alta frequenza.

Quali impostazioni dell’azionamento e del motore occorre verificare?

Registrare la frequenza di commutazione o portante configurata, l’intervallo di velocità, il profilo di funzionamento e le impostazioni pertinenti dell’azionamento. Confrontare questi dati con la configurazione approvata per l’applicazione e con le raccomandazioni del produttore.

Non modificare la frequenza di commutazione o il filtraggio in uscita soltanto per verificare un’ipotesi. Tali modifiche possono influire sul riscaldamento del motore, sulla compatibilità elettromagnetica, sulle prestazioni dell’azionamento e su altri requisiti dell’applicazione.

Perché esaminare l’intera linea di apparecchiature?

Includere nell’indagine il motore, il giunto, il riduttore, la pompa e le apparecchiature azionate. I possibili percorsi della corrente possono estendersi oltre il motore stesso.

Verificare i collegamenti equipotenziali tra le apparecchiature collegate e controllare che non vi siano state modifiche alla configurazione meccanica o elettrica. Ogni intervento correttivo deve mantenere la messa a terra di protezione e rispettare i requisiti di sicurezza applicabili.

Come si confermano la diagnosi e l’intervento correttivo?

Usare le prove raccolte per stabilire se siano necessarie misurazioni specialistiche. A seconda del meccanismo sospettato, un tecnico dotato di strumentazione adeguata può esaminare la tensione sull’albero, i percorsi delle correnti ad alta frequenza o l’efficacia della messa a terra.

Consultare i produttori del motore e dell’azionamento prima di scegliere cuscinetti isolati, dispositivi di messa a terra dell’albero, filtri di modo comune o altri metodi di mitigazione. Queste misure non sono intercambiabili e devono essere compatibili con l’applicazione del motore e dell’azionamento.

Come si possono prevenire guasti ricorrenti?

Una prevenzione efficace inizia con una verifica dell’installazione, non con la sostituzione di un singolo componente. Verificare che i cavi del motore, le terminazioni delle schermature, la messa a terra e la configurazione dell’azionamento rispettino le istruzioni del produttore applicabili.

Ad esempio, le indicazioni tecniche di ABB sulle correnti nei cuscinetti descrivono percorsi di messa a terra adeguati, cavi motore simmetrici, filtri in uscita e isolamento dei cuscinetti come possibili misure di mitigazione. La combinazione corretta dipende dal sistema di azionamento e dalla progettazione del motore.

Conservare la documentazione relativa al guasto originale, all'intervento correttivo scelto e alle prestazioni operative successive. Questi dati aiutano gli ingegneri a confrontare le future ispezioni dei cuscinetti e a individuare schemi ricorrenti.

Quando opportuno, stabilire valori di riferimento per le misurazioni delle vibrazioni e della temperatura. Combinare questi andamenti con i riscontri della manutenzione e i risultati delle ispezioni elettriche, anziché affidarsi a un solo indicatore. Dispositivi di monitoraggio come il relè di protezione motore ABB REM610C55HCMR e il relè di protezione motore GE Multilin 339 sono comunemente utilizzati per monitorare le condizioni di funzionamento del motore.

Quali sono i limiti di sicurezza e diagnostici?

I sistemi motore-azionamento possono presentare tensioni pericolose ed energia elettrica immagazzinata. Prima di ispezionare i collegamenti elettrici o rimuovere componenti, seguire le procedure approvate di isolamento, blocco, scarica e verifica.

Le misurazioni in tensione richiedono strumenti e metodi adeguati e personale qualificato. Non escludere i collegamenti di terra di protezione né rimuovere le schermature richieste mentre l'apparecchiatura è in funzione.

Infine, distinguere un meccanismo sospetto da una causa principale confermata. La conclusione più solida combina le prove fisiche sul cuscinetto, i riscontri elettrici, la cronologia di funzionamento e le indicazioni del produttore.

Conclusione: evitare sostituzioni ripetute dei cuscinetti

I guasti ripetuti dei cuscinetti nelle apparecchiature azionate da inverter richiedono un'indagine coordinata di tipo elettrico e meccanico. Conservare il cuscinetto guasto, esaminare le condizioni meccaniche, controllare la messa a terra e la schermatura dei cavi e verificare la configurazione dell'azionamento. Indagare l'intera linea di apparecchiature collegate prima di scegliere una misura correttiva. Poiché diversi meccanismi di guasto possono produrre sintomi simili, confermare la diagnosi con prove adeguate e facendo riferimento alle indicazioni del produttore. Questo processo aiuta i team di manutenzione a evitare sostituzioni ripetute e a selezionare interventi correttivi adatti all'impianto effettivo.