Dòng điện qua ổ bi do biến tần gây ra: Chẩn đoán hư hỏng ổ bi động cơ điện

Vì sao cần kiểm tra điện khi ổ bi bị hỏng?

Sự cố ổ bi động cơ thường liên quan đến việc bôi trơn, căn chỉnh, nhiễm bẩn hoặc tải cơ học quá mức. Đây vẫn là những nguyên nhân quan trọng, nhưng không thể giải thích mọi trường hợp hỏng hóc lặp lại.

Khi ổ bi có dấu hiệu hư hại sau khi lắp đặt hoặc điều chỉnh bộ biến tần (VFD), các kỹ sư cũng nên kiểm tra hệ thống điện. Quá trình đóng cắt nhanh của bộ nghịch lưu có thể tạo ra chênh lệch điện áp tần số cao, khiến dòng điện chạy qua những đường dẫn ngoài ý muốn.

Hư hại do đó có thể giống với hiện tượng mài mòn cơ học thông thường. Vì vậy, thay ổ bi mà không tìm hiểu nguyên nhân gốc rễ có thể khiến vấn đề ban đầu vẫn chưa được giải quyết.

Tuy nhiên, sự cố xảy ra sau khi cải tạo hệ thống bằng biến tần không chứng minh rằng biến tần là nguyên nhân. Để xác định nguyên nhân, cần có bằng chứng từ ổ bi, động cơ, bộ biến tần, hệ thống cáp, nối đất và lịch sử vận hành.

Biến tần có thể tạo ra dòng điện qua ổ bi như thế nào?

Các bộ biến tần như bộ biến tần AC Allen-Bradley 22A-D2P3N104 điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách kiểm soát tần số và điện áp cấp cho động cơ. Điều chế độ rộng xung đóng cắt nhanh các thiết bị đầu ra của bộ nghịch lưu, tạo ra các chuyển tiếp điện áp có thành phần tần số cao.

Các điều kiện điện này có thể tạo ra điện áp trên trục và những đường dẫn dòng điện ngoài ý muốn qua ổ bi động cơ.

Dòng điện phóng điện do điện dung là gì?

Điện dung ký sinh bên trong động cơ có thể ghép điện áp chế độ chung vào rôto và trục. Khi điện áp giữa các điểm tiếp xúc của ổ bi vượt quá khả năng chịu ứng suất điện, phóng điện có thể xảy ra qua tiếp xúc lăn.

Các lần phóng điện lặp lại có thể gây hư hại do gia công bằng phóng điện, bao gồm những hố nhỏ trên bề mặt ổ bi.

Dòng điện tuần hoàn tần số cao là gì?

Ở một số thiết kế động cơ, từ thông tần số cao gây ra điện áp giữa các điểm khác nhau dọc theo trục. Điều này có thể tạo dòng điện chạy qua trục, ổ bi và khung động cơ.

Cơ chế này phụ thuộc vào cấu tạo động cơ và các điều kiện điện. Động cơ lớn có thể đặc biệt đáng lưu ý khi điều tra loại hiện tượng này.

Dòng điện qua trục xuống đất là gì?

Chênh lệch điện áp giữa trục, khung động cơ và thiết bị được kết nối có thể tạo ra một đường dẫn dòng điện khác. Tùy theo cách lắp đặt, đường dẫn này có thể đi qua khớp nối và ổ bi trong máy bơm hoặc hộp số được kết nối.

Các cơ chế này khác nhau, dù có thể xảy ra đồng thời trong cùng một hệ thống lắp đặt. Kỹ sư cần xác định đường dẫn dòng điện thực tế trước khi chọn biện pháp khắc phục.

Hư hỏng ổ bi có thể cho bạn biết điều gì?

Ăn mòn điện có thể khiến bề mặt trông mờ đục, xuất hiện các hố nhỏ hoặc các gờ cách đều nhau, gọi là vết lượn sóng. Những dạng này có thể cho thấy hiện tượng phóng điện lặp lại, nhưng chỉ kiểm tra bằng mắt thì chưa đủ để chẩn đoán chính xác.

Chụp ảnh ổ bi trước khi vệ sinh. Ghi lại vị trí hư hỏng, mã nhận dạng ổ bi và đầu động cơ. Giữ lại các bộ phận đã tháo ra nếu có thể cần kiểm tra thêm.

Đối chiếu bằng chứng thực tế với xu hướng vận hành và các thay đổi điện gần đây. Chỉ riêng mỡ bị sẫm màu hay cảnh báo rung động không đủ để xác định nguyên nhân điện.

Bạn cần hoàn tất những kiểm tra nào trước khi thay ổ bi khác?

Làm thế nào để bảo toàn bằng chứng hư hỏng?

Ghi lại mã ổ bi và xác định ổ nằm ở đầu truyền động hay đầu không truyền động. Chụp ảnh rãnh lăn, con lăn, phớt và chất bôi trơn trước khi vệ sinh.

Thu thập dữ liệu xu hướng rung động, số giờ vận hành, điều kiện tải và hồ sơ bảo trì hiện có. Đồng thời ghi lại model VFD, thông tin nhận dạng động cơ, các thay đổi thông số gần đây và thông tin cáp động cơ. Hồ sơ phía bộ truyền động có thể bao gồm các linh kiện như bo mạch giao diện điều khiển ABB ACS600 NINT-72C và mô-đun giao diện bộ truyền động ABB DIS0012.

Làm thế nào để tìm hiểu nguyên nhân cơ học và điện?

Kiểm tra chất bôi trơn, tình trạng nhiễm bẩn, độ lắp ghép của ổ bi, tình trạng trục và vỏ, độ đồng tâm và tải trọng. So sánh vị trí hư hỏng với vùng chịu tải cơ học dự kiến.

Đồng thời, hãy kiểm tra khả năng xảy ra hiện tượng ăn mòn do điện. Hư hỏng cơ học và hư hỏng do điện có thể cùng tồn tại, vì vậy không nên vội kết luận chỉ có một nguyên nhân.

Cần kiểm tra những gì ở hệ thống nối đất và lưới chắn cáp?

Rà soát kết nối dây tiếp địa bảo vệ của động cơ và toàn bộ hệ thống nối đất. Kiểm tra đầu nối lưới chắn, mối liên kết, tình trạng ăn mòn, bề mặt tiếp xúc có sơn phủ và những thay đổi được thực hiện trong các lần bảo trì trước.

Tuân theo yêu cầu của nhà sản xuất bộ biến tần và động cơ về lưới chắn cáp và cách đấu nối. Khi được quy định, hãy xác minh cách liên kết 360 độ ở đầu động cơ và đầu bộ biến tần.

Kết quả đo thông mạch DC đạt yêu cầu không chứng minh được trở kháng thấp ở tần số cao. Đừng xem phép đo thông mạch cơ bản là bằng chứng cho thấy đường hồi dòng tần số cao đạt yêu cầu.

Bạn nên rà soát những cài đặt nào của bộ biến tần và động cơ?

Ghi lại tần số đóng cắt hoặc tần số sóng mang đã cài đặt, dải tốc độ, chế độ vận hành và các cài đặt liên quan của bộ biến tần. So sánh các thông tin này với cấu hình ứng dụng đã được phê duyệt và khuyến nghị của nhà sản xuất.

Không thay đổi tần số đóng cắt hoặc bộ lọc đầu ra chỉ để thử nghiệm một giả thuyết. Những thay đổi đó có thể ảnh hưởng đến độ nóng của động cơ, tính tương thích điện từ, hiệu suất bộ biến tần và các yêu cầu khác của ứng dụng.

Tại sao cần kiểm tra toàn bộ cụm thiết bị?

Đưa động cơ, khớp nối, hộp số, máy bơm và thiết bị được dẫn động vào phạm vi kiểm tra. Các đường đi tiềm ẩn của dòng điện có thể vượt ra ngoài phạm vi bản thân động cơ.

Rà soát liên kết đẳng thế giữa các thiết bị được kết nối và kiểm tra các thay đổi trong bố trí cơ khí hoặc điện. Mọi biện pháp khắc phục đều phải duy trì nối đất bảo vệ và đáp ứng các yêu cầu an toàn hiện hành.

Làm thế nào để xác nhận chẩn đoán và biện pháp khắc phục?

Dùng các bằng chứng đã thu thập để quyết định liệu có cần phép đo chuyên sâu hay không. Tùy theo cơ chế bị nghi ngờ, kỹ sư có thiết bị phù hợp có thể khảo sát điện áp trục, đường đi của dòng điện tần số cao hoặc hiệu quả nối đất.

Hãy tham khảo ý kiến nhà sản xuất động cơ và bộ biến tần trước khi chọn vòng bi cách điện, thiết bị nối đất trục, bộ lọc chế độ chung hoặc phương pháp giảm thiểu khác. Các biện pháp này không thể thay thế cho nhau và phải phù hợp với ứng dụng của động cơ và bộ biến tần.

Làm thế nào để ngăn sự cố tái diễn?

Biện pháp phòng ngừa hiệu quả bắt đầu bằng việc rà soát lắp đặt, thay vì chỉ thay một bộ phận. Xác minh rằng cáp động cơ, đầu nối lưới chắn, nối đất và cấu hình bộ biến tần đều tuân theo hướng dẫn áp dụng của nhà sản xuất.

Ví dụ, hướng dẫn kỹ thuật của ABB về dòng điện qua ổ lăn đề cập đến các biện pháp giảm thiểu khả thi như đường nối đất phù hợp, cáp động cơ đối xứng, bộ lọc đầu ra và cách điện ổ lăn. Tổ hợp phù hợp phụ thuộc vào hệ thống biến tần và thiết kế động cơ.

Lưu hồ sơ về sự cố ban đầu, biện pháp khắc phục đã chọn và hiệu suất vận hành sau đó. Những hồ sơ này giúp kỹ sư so sánh các lần kiểm tra ổ lăn trong tương lai và nhận diện các kiểu hỏng tái diễn.

Khi phù hợp, hãy thiết lập các số liệu đo rung động và nhiệt độ làm mốc. Kết hợp các xu hướng này với kết quả bảo trì và kiểm tra điện, thay vì chỉ dựa vào một chỉ báo. Các thiết bị giám sát như rơ le bảo vệ động cơ ABB REM610C55HCMR và rơ le bảo vệ động cơ GE Multilin 339 thường được dùng để theo dõi các điều kiện vận hành của động cơ.

Các giới hạn về an toàn và chẩn đoán là gì?

Hệ thống động cơ - biến tần có thể chứa điện áp nguy hiểm và năng lượng điện tích trữ. Hãy tuân thủ các quy trình đã được phê duyệt về cô lập, khóa và gắn thẻ, xả điện cũng như xác minh trước khi kiểm tra các kết nối điện hoặc tháo linh kiện.

Việc đo khi thiết bị đang mang điện đòi hỏi dụng cụ, phương pháp phù hợp và nhân sự có chuyên môn. Không được bỏ qua các kết nối nối đất bảo vệ hoặc tháo lớp chắn cần thiết khi thiết bị đang vận hành.

Cuối cùng, hãy phân biệt cơ chế được nghi ngờ với nguyên nhân gốc rễ đã được xác nhận. Kết luận đáng tin cậy nhất dựa trên bằng chứng thực tế từ ổ lăn, kết quả kiểm tra điện, lịch sử vận hành và hướng dẫn của nhà sản xuất.

Kết luận: Tránh thay ổ lăn lặp đi lặp lại

Các trường hợp ổ lăn hỏng lặp lại ở thiết bị điều khiển bằng biến tần cần được điều tra phối hợp cả về điện lẫn cơ khí. Hãy giữ lại ổ lăn bị hỏng, kiểm tra các điều kiện cơ khí, rà soát nối đất và lớp chắn cáp, đồng thời xác minh cấu hình biến tần. Điều tra toàn bộ cụm thiết bị liên kết trước khi chọn biện pháp khắc phục. Vì nhiều cơ chế hỏng hóc có thể gây ra các triệu chứng tương tự, hãy xác nhận chẩn đoán bằng bằng chứng phù hợp và hướng dẫn của nhà sản xuất. Quy trình này giúp đội ngũ bảo trì tránh thay thế lặp đi lặp lại và chọn biện pháp khắc phục phù hợp với hệ thống lắp đặt thực tế.