Os motores eléctricos xogan un papel fundamental na nosa vida cotiá, onde vivimos, traballamos e xogamos.En pocas palabras, fan que case todo o que se move, se mova.Case o 70 por cento da electricidade que consome a industria é utilizada polos sistemas de motores eléctricos.1

Aproximadamente o 75 por cento dos motores industriais en funcionamento utilízanse para facer funcionar bombas, ventiladores e compresores, unha categoría de maquinaria moi susceptible a melloras importantes de eficiencia2.Estas aplicacións adoitan funcionar a velocidade constante, todo o tempo, mesmo cando non son necesarias.Este funcionamento constante desperdicia enerxía e produce emisións de CO2 innecesarias, pero controlando a velocidade dun motor, podemos reducir o consumo de enerxía, aforrar enerxía e reducindo o impacto ambiental.

Unha forma de controlar a velocidade dun motor é mediante o uso dun variador de velocidade (VSD), un dispositivo que regula a velocidade de rotación dun motor eléctrico variando a frecuencia e a tensión subministrada ao motor.Ao controlar a velocidade dun motor, un accionamento pode reducir o consumo de enerxía (por exemplo, reducir a velocidade do equipo rotativo nun 20 por cento pode reducir os requisitos de enerxía de entrada en aproximadamente un 50 por cento3) e proporcionar unha mellora considerable no control do proceso e un aforro significativo de custos de operación ao longo da vida útil. dos moAsí que os VSD son útiles para aforrar enerxía en moitas aplicacións, poden causar fallos prematuros do motor se non están correctamente conectados a terra.Aínda que hai moitas causas diferentes de avarías do motor eléctrico, o problema máis común ao usar unha unidade é a falla dos rodamentos causada pola tensión de modo común.

Danos causados ​​pola tensión de modo común

Nun sistema de CA trifásico, a tensión de modo común pódese definir como o desequilibrio presente entre as tres fases creado pola potencia modulada de ancho de pulso da unidade, ou a diferenza de tensión entre a terra da fonte de enerxía e o punto neutro dos tres fases. carga de fase.Esta tensión de modo común flutuante induce electrostáticamente tensión no eixe do motor, e esta tensión do eixe pode descargarse a través dos enrolamentos ou polos rodamentos.Os deseños de enxeñería modernos, o illamento de fases e o fío resistente aos picos do inversor poden axudar a protexer os enrolamentos;porén, cando o rotor ve unha acumulación de picos de tensión, a corrente busca o camiño de menor resistencia a terra.No caso dun motor eléctrico, este camiño discorre directamente polos rodamentos.

Dado que os rodamentos dos motores utilizan graxa para a lubricación, o aceite da graxa forma unha película que actúa como un dieléctrico, o que significa que pode transmitir as forzas eléctricas sen condución.Pero co paso do tempo, este dieléctrico rompe.Sen as propiedades de illamento da graxa, a tensión do eixe descargarase a través dos rodamentos, despois a través da carcasa do motor, para conseguir a terra eléctrica.Este movemento de corrente eléctrica provoca arcos nos rodamentos, comunmente coñecido como mecanizado de descarga eléctrica (EDM).A medida que se produce este arco continuo ao longo do tempo, as áreas superficiais da pista do rodamento vólvense fráxiles e pequenas pezas de metal poden romperse no interior do rodamento.Finalmente, o material danado ábrese camiño entre as esferas e as pistas do rodamento, provocando un efecto de moenda, que pode producir picaduras de tamaño de micras, chamadas xeadas, ou crestas similares a táboas de lavar na pista do rodamento, chamadas estrías.

Algúns motores poden seguir funcionando a medida que o dano empeora progresivamente, sen problemas notables.O primeiro sinal de danos nos rodamentos adoita ser un ruído audible, debido ás bolas de rodamentos que se desprazan polas zonas con pozos e xeadas.Pero no momento en que se produce este ruído, o dano adoita ser o suficientemente importante como para que o fallo sexa inminente.

Baseado na prevención

As aplicacións industriais normalmente non experimentan estas dificultades de rodamento nos motores de velocidade variable, pero nalgunhas instalacións, como edificios comerciais e manipulación de equipaxe de aeroportos, non sempre está dispoñible unha conexión a terra sólida.Nestes casos, débese utilizar outro método para desviar esta corrente dos rodamentos.A solución máis común é engadir un dispositivo de conexión a terra do eixe nun extremo do eixe do motor, especialmente nas aplicacións nas que a tensión de modo común pode ser máis frecuente.A terra do eixe é esencialmente un medio para conectar o rotor de xiro do motor á terra a través do bastidor do motor.Engadir un dispositivo de conexión a terra do eixe ao motor antes da instalación (ou mercar un motor con un preinstalado) pode ser un pequeno prezo a pagar en comparación co prezo dos custos de mantemento asociados coa substitución de rodamentos, sen esquecer os altos custos de tempo de inactividade nunha instalación.

Existen varios tipos comúns de dispositivos de posta a terra do eixe na industria hoxe en día, como escobillas de carbón, cepillos de fibra tipo anel e illantes de rodamentos de conexión a terra, e tamén están dispoñibles outros métodos para protexer os rodamentos.

As escobillas de carbón levan máis de 100 anos en uso e son similares ás escobillas de carbón utilizadas nos conmutadores de motores de CC.As escobillas de posta a terra proporcionan a conexión eléctrica entre as partes rotativas e estacionarias do circuíto eléctrico do motor e levan a corrente do rotor á terra para que a carga non se acumule no rotor ata o punto onde se descarga a través dos rodamentos.As escobillas de conexión a terra ofrecen un medio práctico e económico para proporcionar un camiño de baixa impedancia a terra, especialmente para motores de cadros máis grandes;con todo, non están exentos dos seus inconvenientes.Do mesmo xeito que cos motores de corrente continua, as escobillas están suxeitas a desgaste debido ao contacto mecánico co eixe e, independentemente do deseño do soporte das escobillas, o conxunto debe ser inspeccionado periódicamente para asegurar un contacto adecuado entre as escobillas e o eixe.

Os aneis de conexión a terra do eixe funcionan como unha escobilla de carbón, pero conteñen múltiples fíos de fibras eléctricamente condutoras dispostas dentro dun anel ao redor do eixe.O exterior do anel, que normalmente está montado na placa final do motor, permanece estacionario, mentres que as escobillas circulan pola superficie do eixe do motor, dirixindo a corrente a través das escobillas e ata a terra con seguridade.Os aneis de posta a terra do eixe pódense montar no interior do motor, o que permite que se utilicen en motores de lavado e sucio.Non obstante, ningún método de conexión a terra do eixe é perfecto e os aneis de conexión a terra montados externamente tenden a recoller contaminantes nas súas cerdas, o que pode reducir a súa eficacia.

Os illantes de rodamentos de posta a terra combinan dúas tecnoloxías: un escudo de illamento de dúas partes sen contacto que utiliza un deseño de labirinto para evitar a entrada de contaminantes e un rotor metálico e un anel de filamento condutor illado para desviar as correntes do eixe lonxe dos rodamentos.Dado que estes dispositivos tamén evitan a perda de lubricante e a contaminación, substitúen os selos de rodamentos estándar e os illantes de rodamentos tradicionais.

Outra forma de evitar unha descarga de corrente a través dos rodamentos é fabricar os rodamentos a partir dun material non condutor.Nos rodamentos de cerámica, as esferas recubertas de cerámica protexen os rodamentos evitando que a corrente do eixe flúe a través dos rodamentos ata o motor.Dado que non circula corrente eléctrica polos rodamentos do motor, hai poucas posibilidades de desgaste inducido pola corrente;con todo, a corrente buscará un camiño cara a terra, o que significa que pasará por equipos conectados.Dado que os rodamentos cerámicos non eliminarán a corrente do rotor, só se recomendan aplicacións específicas de accionamento directo para motores con rodamentos cerámicos.Outros inconvenientes son o custo deste estilo de rodamentos de motor e o feito de que os rodamentos adoitan estar dispoñibles só ata o tamaño 6311.

En motores de máis de 100 cabalos de potencia, recoméndase xeralmente que se instale un rodamento illado no extremo oposto do motor no que está instalado o dispositivo de posta a terra do eixe, independentemente do estilo de conexión a terra do eixe que se utilice.

Tres consellos de instalación de unidades de velocidade variable

Tres consideracións para o enxeñeiro de mantemento cando intenta reducir a tensión de modo común en aplicacións de velocidade variable son:

1. Asegúrese de que o motor (e o sistema de motor) estea correctamente conectado a terra.
2. Determine o equilibrio adecuado da frecuencia portadora, que minimizará os niveis de ruído así como o desequilibrio de tensión.
3. Se se considera necesario un dispositivo de conexión a terra do eixe, seleccione o que funcione mellor para a aplicación.

Cando hai unha corrente de rodamento, non hai unha solución única para todos.É vital que o cliente e o provedor de motores e accionamentos traballen xuntos para identificar a solución máis adecuada para a aplicación específica.