Struje u ležajevima izazvane VFD-om: Dijagnostikovanje oštećenja ležajeva elektromotora

Zašto kvarove ležajeva treba ispitati i sa električnog aspekta?

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

Kada se oštećenje ležaja pojavi nakon ugradnje ili izmene frekventnog regulatora (VFD), inženjeri bi trebalo da ispitaju i električni sistem. Brzo preklapanje invertora može stvoriti visokofrekventne razlike napona koje usmeravaju struju kroz neželjene putanje.

Nastala oštećenja mogu ličiti na uobičajeno mehaničko habanje. Zato zamena ležaja bez ispitivanja osnovnog uzroka možda neće rešiti prvobitni problem.

Međutim, kvar koji se pojavi nakon ugradnje frekventnog regulatora ne dokazuje da ga je regulator izazvao. Da bi se utvrdio uzrok, potrebni su dokazi dobijeni pregledom ležaja, motora, regulatora, kablova, uzemljenja i istorije rada.

Kako frekventni regulatori mogu izazvati struje kroz ležajeve?

Frekventni regulatori, kao što je AC pogon Allen-Bradley 22A-D2P3N104, regulišu brzinu motora upravljanjem frekvencijom i naponom koji se dovode do motora. Pulsno-širinska modulacija brzo uključuje i isključuje izlazne komponente invertora, stvarajući naponske prelaze sa visokofrekventnim komponentama.

Ovi električni uslovi mogu stvoriti napon na vratilu i neželjene putanje struje kroz ležajeve motora.

Šta su struje kapacitivnog pražnjenja?

Parazitska kapacitivnost unutar motora može preneti napon zajedničkog režima na rotor i vratilo. Kada napon na kontaktu ležaja premaši njegovu sposobnost da izdrži električno naprezanje, može doći do pražnjenja kroz kotrljajni kontakt.

Ponovljena pražnjenja mogu izazvati oštećenja usled električne erozije, uključujući sitne krateraste udubine na površinama ležajeva.

Šta su visokofrekventne cirkulacione struje?

Kod nekih konstrukcija motora, visokofrekventni magnetni fluks indukuje napon između različitih tačaka duž vratila. To može pokrenuti struju kroz vratilo, ležajeve i kućište motora.

Mehanizam zavisi od konstrukcije motora i električnih uslova. Veći motori mogu biti naročito značajni za ovu vrstu ispitivanja.

Šta su struje kroz uzemljenje vratila?

Razlike napona između vratila, kućišta motora i povezane opreme mogu stvoriti dodatni put struje. U zavisnosti od instalacije, struja može prolaziti kroz spojnicu i ležajeve povezane pumpe ili reduktora.

Ovi mehanizmi se razlikuju, iako se u istoj instalaciji može javiti više njih. Inženjeri treba da utvrde stvarnu putanju struje pre nego što izaberu korektivnu meru.

Šta oštećenje ležaja može da otkrije?

Električna erozija može da ostavi matiran izgled, sitna udubljenja ili pravilno raspoređene žlebove poznate kao „fluting“. Ovi obrasci mogu da ukazuju na ponavljano električno pražnjenje, ali sam vizuelni pregled nije dovoljan za konačnu dijagnozu.

Fotografirajte ležaj pre čišćenja. Zabeležite mesto oštećenja, identifikaciju ležaja i kraj motora. Sačuvajte uklonjene komponente ako bude potreban dodatni pregled.

Povežite fizičke dokaze sa trendovima rada i nedavnim električnim promenama. Ni tamna mast ni alarm za vibracije sami po sebi ne potvrđuju električni uzrok.

Koje provere treba obaviti pre zamene još jednog ležaja?

Kako čuvate dokaze o kvaru?

Zabeležite oznaku ležaja i da li je sa pogonskog ili nepogonskog kraja. Fotografirajte staze kotrljanja, kotrljajna tela, zaptivke i mazivo pre čišćenja.

Prikupite dostupne trendove vibracija, radne sate, uslove opterećenja i evidenciju održavanja. Zabeležite i model VFD-a, identifikaciju motora, nedavne promene parametara i podatke o motornom kablu. Evidencija na strani pogona može da obuhvati komponente kao što su kontrolna interfejsna ploča ABB ACS600 NINT-72C i interfejsni modul pogona ABB DIS0012.

Kako istražujete mehaničke i električne uzroke?

Proverite podmazivanje, kontaminaciju, naleganje ležaja, stanje osovine, stanje kućišta, poravnanje i opterećenje. Uporedite mesto oštećenja sa očekivanom zonom mehaničkog opterećenja.

Istovremeno istražite moguću električnu eroziju. Mehanička i električna oštećenja mogu postojati istovremeno, zato istragom ne treba unapred dati prednost samo jednom od njih.

Šta treba proveriti u vezi sa uzemljenjem i oklopljavanjem kablova?

Pregledajte priključak zaštitnog uzemljenja motora i celokupan sistem uzemljenja. Proverite završetke oklopa, spojeve za izjednačavanje potencijala, koroziju, kontaktne površine prekrivene bojom i izmene izvršene tokom prethodnog održavanja.

Pridržavajte se zahteva proizvođača VFD-a i motora za oklopljavanje i završavanje kablova. Tamo gde je propisano, proverite povezivanje oklopa po celom obimu na krajevima motora i pogona.

Zadovoljavajuće očitavanje jednosmernog kontinuiteta ne potvrđuje nisku impedansu na visokim frekvencijama. Nemojte smatrati da je osnovni test kontinuiteta dokaz da je povratna putanja visokofrekventne struje odgovarajuća.

Koja podešavanja pogona i motora treba pregledati?

Zabeležite podešenu frekvenciju prekidanja ili noseću frekvenciju, opseg brzina, profil rada i relevantna podešavanja pogona. Uporedite ove podatke sa odobrenom konfiguracijom primene i preporukama proizvođača.

Nemojte menjati frekvenciju prekidanja niti izlazno filtriranje samo da biste proverili neku pretpostavku. Takve promene mogu uticati na zagrevanje motora, elektromagnetnu kompatibilnost, performanse pogona i druge zahteve primene.

Zašto pregledati ceo pogonski sklop?

U istragu uključite motor, spojnicu, menjač, pumpu i pogonjenu opremu. Moguće putanje struje mogu se protezati i izvan samog motora.

Proverite povezivanje opreme i da li je došlo do promena u mehaničkom ili električnom rasporedu. Svaka korektivna mera mora da očuva zaštitno uzemljenje i ispuni važeće bezbednosne zahteve.

Kako potvrditi dijagnozu i korektivnu meru?

Na osnovu prikupljenih dokaza odlučite da li su potrebna specijalistička merenja. U zavisnosti od sumnjivog mehanizma, odgovarajuće opremljen inženjer može da ispita napon vratila, putanje visokofrekventne struje ili kvalitet uzemljenja.

Pre izbora izolovanih ležajeva, uređaja za uzemljenje vratila, filtara zajedničkog režima ili drugih metoda ublažavanja problema, konsultujte proizvođače motora i pogona. Ove mere nisu međusobno zamenljive i moraju odgovarati primeni motora i pogona.

Kako sprečiti ponovljene kvarove?

Efikasna prevencija počinje pregledom instalacije, a ne zamenom samo jedne komponente. Proverite da li su motorni kablovi, završeci oklopa, uzemljenje i konfiguracija pogona u skladu sa primenljivim uputstvima proizvođača.

Na primer, ABB-ove tehničke smernice o strujama kroz ležajeve razmatraju odgovarajuće putanje uzemljenja, simetrične motorne kablove, izlazne filtere i izolaciju ležaja kao moguće mere za ublažavanje problema. Odgovarajuća kombinacija zavisi od pogonskog sistema i konstrukcije motora.

Vodite evidenciju o prvobitnom kvaru, izabranoj korektivnoj meri i kasnijim radnim performansama. Ovi podaci pomažu inženjerima da uporede buduće preglede ležajeva i utvrde obrasce koji se ponavljaju.

Po potrebi utvrdite početne vrednosti vibracija i temperature. Uporedite ove trendove sa nalazima održavanja i rezultatima električnog pregleda, umesto da se oslanjate na samo jedan pokazatelj. Uređaji za nadzor kao što su ABB REM610C55HCMR zaštitni relej motora i GE Multilin 339 zaštitni relej motora često se koriste za praćenje radnih uslova motora.

Koja su ograničenja u pogledu bezbednosti i dijagnostike?

Motorni pogonski sistemi mogu sadržati opasan napon i uskladištenu električnu energiju. Pre pregleda električnih spojeva ili uklanjanja komponenti primenite odobrene postupke za izolaciju, zaključavanje, pražnjenje i proveru odsustva napona.

Merenja pod naponom zahtevaju odgovarajuće instrumente, metode i kvalifikovano osoblje. Nemojte premošćavati zaštitne uzemljivačke spojeve niti uklanjati obavezne oklopne slojeve dok oprema radi.

Na kraju, razlikujte sumnju na određeni mehanizam kvara od potvrđenog osnovnog uzroka. Najpouzdaniji zaključak objedinjuje fizičke dokaze na ležaju, električna merenja, istoriju rada i smernice proizvođača.

Zaključak: Kako izbeći ponovljene zamene ležajeva

Ponovljeni kvarovi ležajeva u opremi koju napaja frekventni regulator zahtevaju koordinisanu električnu i mehaničku istragu. Sačuvajte otkazali ležaj, pregledajte mehaničke uslove, proverite uzemljenje i oklop kabla i verifikujte konfiguraciju regulatora. Pre izbora korektivne mere istražite ceo povezani sklop opreme. Pošto više mehanizama kvara može izazvati slične simptome, potvrdite dijagnozu odgovarajućim dokazima i smernicama proizvođača. Ovaj postupak pomaže timovima za održavanje da izbegnu ponovljene zamene i izaberu korektivne mere koje odgovaraju konkretnoj instalaciji.