Els motors elèctrics tenen un paper vital en la nostra vida quotidiana, on vivim, treballem i juguem.En poques paraules, fan que gairebé tot el que es mou, es mogui.Gairebé el 70 per cent de l'electricitat consumida per la indústria és utilitzada per sistemes de motor elèctric.1

Aproximadament el 75 per cent dels motors industrials en funcionament s'utilitzen per fer funcionar bombes, ventiladors i compressors, una categoria de maquinària que és molt susceptible a grans millores d'eficiència2.Aquestes aplicacions sovint funcionen a velocitat constant, tot el temps, fins i tot quan no són necessàries.Aquest funcionament constant malgasta energia i produeix emissions de CO2 innecessàries, però controlant la velocitat d'un motor, podem reduir el consum d'energia, estalviar energia i reduir l'impacte ambiental.

Una manera de controlar la velocitat d'un motor és mitjançant l'ús d'un variador de velocitat (VSD), un dispositiu que regula la velocitat de rotació d'un motor elèctric variant la freqüència i la tensió subministrada al motor.Mitjançant el control de la velocitat d'un motor, un accionament pot reduir el consum d'energia (per exemple, la reducció de la velocitat de l'equip giratori en un 20 per cent pot reduir els requisits de potència d'entrada en un 50 per cent aproximadament3) i proporcionar una millora considerable en el control del procés i un estalvi significatiu de costos d'operació durant la vida útil. Dels moTan útils com els VSD són per estalviar energia en moltes aplicacions, poden causar una fallada prematura del motor si no es posen a terra correctament.Tot i que hi ha moltes causes diferents de fallades del motor elèctric, el problema més comú quan s'utilitza una unitat és la fallada dels coixinets causada per la tensió del mode comú.

Danys causats per la tensió de mode comú

En un sistema de CA trifàsic, la tensió de mode comú es pot definir com el desequilibri present entre les tres fases creat per la potència modulada de l'amplada del pols de la unitat, o la diferència de tensió entre la terra de la font d'alimentació i el punt neutre de les tres fases. càrrega de fase.Aquesta tensió de mode comú fluctuant indueix electrostàticament tensió a l'eix del motor, i aquesta tensió de l'eix es pot descarregar a través dels bobinatges o dels coixinets.Els dissenys d'enginyeria moderns, l'aïllament de fase i el cable inversor resistent a les puntes poden ajudar a protegir els bobinatges;tanmateix, quan el rotor veu una acumulació de pics de tensió, el corrent busca el camí de menor resistència a terra.En el cas d'un motor elèctric, aquest camí transcorre directament pels coixinets.

Com que els coixinets del motor utilitzen greix per a la lubricació, l'oli del greix forma una pel·lícula que actua com a dielèctric, el que significa que pot transmetre les forces elèctriques sense conducció.Amb el temps, però, aquest dielèctric es trenca.Sense les propietats d'aïllament del greix, la tensió de l'eix es descarregarà a través dels coixinets, després a través de la carcassa del motor, per aconseguir una presa de terra elèctrica.Aquest moviment de corrent elèctric provoca arcs en els coixinets, comunament conegut com a mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM).Com que aquest arc continu es produeix al llarg del temps, les àrees superficials de la cursa del coixinet es tornen trencadisses i es poden trencar petites peces de metall dins del coixinet.Finalment, el material danyat s'obre camí entre les boles i les curses del coixinet, provocant un efecte de mòlta, que pot produir picats de mida micres, anomenades gelades, o crestes semblants a taulers de rentat a la pista del coixinet, anomenades estriades.

Alguns motors poden continuar funcionant a mesura que el dany empitjora progressivament, sense cap problema notable.El primer signe de dany dels coixinets sol ser un soroll audible, a causa de les boles del coixinet que viatgen per les zones amb foses i gelades.Però en el moment en què es produeix aquest soroll, el dany normalment s'ha convertit en prou substancial com perquè la fallada sigui imminent.

Basat en la prevenció

Les aplicacions industrials normalment no experimenten aquestes dificultats de rodament en motors de velocitat variable, però en algunes instal·lacions, com ara edificis comercials i manipulació d'equipatges d'aeroports, no sempre hi ha una connexió a terra robusta.En aquests casos, s'ha d'utilitzar un altre mètode per desviar aquest corrent lluny dels coixinets.La solució més habitual és afegir un dispositiu de connexió a terra de l'eix a un extrem de l'eix del motor, especialment en aplicacions on la tensió de mode comú pot ser més freqüent.Una terra d'eix és essencialment un mitjà per connectar el rotor giratori del motor a la terra a través del bastidor del motor.Afegir un dispositiu de connexió a terra de l'eix al motor abans de la instal·lació (o comprar un motor amb un preinstal·lat) pot ser un petit preu a pagar en comparació amb el preu dels costos de manteniment associats amb la substitució de coixinets, sense oblidar els alts costos de temps d'inactivitat en una instal·lació.

Hi ha diversos tipus comuns de dispositius de connexió a terra d'eix a la indústria actual, com ara raspalls de carbó, raspalls de fibra d'estil d'anell i aïlladors de coixinets de connexió a terra, i també hi ha altres mètodes per protegir els coixinets.

Les escombretes de carbó s'utilitzen des de fa més de 100 anys i són similars a les escombretes de carbó que s'utilitzen en els commutadors de motors de corrent continu.Els raspalls de connexió a terra proporcionen la connexió elèctrica entre les parts giratòries i estacionàries del circuit elèctric del motor i porten el corrent del rotor a terra perquè la càrrega no s'acumuli al rotor fins al punt on es descarregui a través dels coixinets.Els raspalls de terra ofereixen un mitjà pràctic i econòmic per proporcionar un camí de baixa impedància a terra, especialment per a motors de bastidor més grans;tanmateix, no estan exempts dels seus inconvenients.Igual que amb els motors de corrent continu, els raspalls estan subjectes a un desgast a causa del contacte mecànic amb l'eix i, independentment del disseny del suport de les escombretes, el conjunt s'ha de revisar periòdicament per assegurar un contacte adequat entre els raspalls i l'eix.

Els anells de connexió a terra de l'eix funcionen com un raspall de carbó, però contenen múltiples fils de fibres elèctricament conductores disposades dins d'un anell al voltant de l'eix.L'exterior de l'anell, que normalment es munta a la placa final del motor, roman estacionari, mentre que els raspalls es mouen a la superfície de l'eix del motor, dirigint el corrent a través dels raspalls i de manera segura a terra.Els anells de connexió a terra de l'eix es poden muntar dins del motor, cosa que permet utilitzar-los en motors de servei de rentat i de servei brut.No obstant això, cap mètode de connexió a terra de l'eix és perfecte i els anells de terra muntats a l'exterior tendeixen a recollir contaminants a les seves truges, cosa que pot reduir la seva eficàcia.

Els aïlladors de coixinets de connexió a terra combinen dues tecnologies: un escut d'aïllament de dues parts sense contacte que utilitza un disseny de laberint per evitar l'entrada de contaminants i un rotor metàl·lic i un anell de filament conductor aïllat per desviar els corrents de l'eix lluny dels coixinets.Com que aquests dispositius també eviten la pèrdua i la contaminació de lubricants, substitueixen els segells de coixinets estàndard i els aïlladors de coixinets tradicionals.

Una altra manera d'evitar una descàrrega de corrent a través dels coixinets és fabricar els coixinets a partir d'un material no conductor.En els coixinets de ceràmica, les boles recobertes de ceràmica protegeixen els coixinets evitant que el corrent de l'eix flueixi a través dels coixinets fins al motor.Com que no flueix corrent elèctric pels coixinets del motor, hi ha poques possibilitats de desgast induït pel corrent;tanmateix, el corrent buscarà un camí a terra, la qual cosa significa que passarà per equips connectats.Com que els coixinets de ceràmica no eliminaran el corrent del rotor, només es recomanen aplicacions específiques d'accionament directe per als motors amb coixinets de ceràmica.Altres inconvenients són el cost d'aquest estil de coixinet de motor i el fet que els coixinets solen estar disponibles només fins a la mida 6311.

En motors de més de 100 cavalls de potència, generalment es recomana instal·lar un coixinet aïllat a l'extrem oposat del motor on s'instal·la el dispositiu de connexió a terra de l'eix, independentment de l'estil de connexió a terra de l'eix que s'utilitzi.

Tres consells d'instal·lació de la unitat de velocitat variable

Tres consideracions per a l'enginyer de manteniment quan intenta reduir la tensió de mode comú en aplicacions de velocitat variable són:

1. Assegureu-vos que el motor (i el sistema del motor) estiguin ben connectats a terra.
2. Determineu l'equilibri de freqüència portadora adequat, que minimitzarà els nivells de soroll i el desequilibri de voltatge.
3. Si es considera necessari un dispositiu de connexió a terra de l'eix, seleccioneu-ne el que funcioni millor per a l'aplicació.

Quan hi ha un corrent de rodament, no hi ha una solució única.És vital que el client i el proveïdor de motors i accionaments treballin conjuntament per identificar la solució més adequada per a l'aplicació específica.