Ток вала в электродвигателях: скрытая причина выхода из строя подшипников

Введение: Безмолвный убийца подшипников

Сталкивались ли вы когда-нибудь с повторными, необъяснимыми отказами подшипников в ваших электродвигателях? Несмотря на надлежащую смазку, выравнивание и условия нагрузки, подшипники изнашиваются преждевременно?

Виновником может быть не механика — это может быть невидимая электрическая угроза: ток вала.

Это часто упускаемое из виду явление может привести к катастрофическому повреждению подшипников, что приведет к незапланированным простоям, дорогостоящему ремонту и сокращению срока службы двигателя. Понимание того, как формируется ток вала — и как его остановить — необходимо для поддержания надежной работы двигателя.

Что такое ток вала?

Ток вала - это нежелательный электрический ток, который протекает через вал двигателя и его подшипники. Это происходит, когда разность напряжений — известная как напряжение вала — накапливается на вращающемся валу.

Когда это напряжение находит путь к земле — обычно через подшипники — ток протекает через них, вызывая прогрессирующее и часто необратимое повреждение.

Как генерируется напряжение вала?

Несколько факторов могут вызывать напряжение на валу двигателя. Наиболее распространенные источники включают в себя:

• Магнитная асимметрия

Несовершенства в магнитной цепи двигателя — такие как неравномерные воздушные зазоры или несоответствия в ламинации статора/ротора — создают несбалансированное магнитное поле. Этот дисбаланс действует как небольшой генератор, индуцируя напряжение в валу (процесс, называемый магнитной индукцией).

• Приводы с регулируемой частотой (VFD)

Современные VFD используют быстродействующие IGBT, которые производят высокочастотные синфазные напряжения. Эти напряжения емкостно связываются с валом двигателя, особенно при длинных кабельных трассах или незащищенных установках.

Это основная причина тока вала в современных промышленных двигателях.

• Электростатическое накопление

В некоторых случаях статические заряды накапливаются на роторе из-за трения от ременных приводов, вентиляторов охлаждения или воздушного потока. Хотя это менее распространено, это все равно может генерировать достаточно напряжения для разряда через подшипники.

Как ток вала разрушает подшипники

Подшипники являются механическими компонентами — а не электрическими проводниками. Когда ток проходит через них, даже при низком значении силы тока, это вызывает серьезные повреждения посредством электроэрозионной обработки (EDM).

Процесс повреждения:

Микро-дугообразование:Ток перескакивает между катящимися элементами (шариками/роликами) и дорожками качения.

Локализованное плавление:Каждый разряд создает экстремальное тепло (тысячи °C), расплавляя микроскопические кратеры на стальной поверхности.

Питтинг и флютинг:Со временем эти ямы выстраиваются в ритмичные, волнообразные гребни по всей дорожке качения — узор, известный как флютинг.

Прогрессирующий отказ:Флютинг увеличивает вибрацию, шум и температуру. В конечном итоге подшипник выходит из строя катастрофически.

Визуальная подсказка: Если вы видите гофрированный или матовый узор внутри вышедшего из строя подшипника, скорее всего, причиной является ток вала.

Как предотвратить повреждение от тока вала

Профилактика направлена на одну цель: отвести или заблокировать ток до того, как он достигнет подшипников.

1. Установите кольца заземления вала

Экономичное, надежное решение.

Использует проводящие микроволокна или щетки для контакта с валом.

Обеспечивает низкоимпедансный путь к земле, полностью обходя подшипники.

Идеально подходит для двигателей с VFD.

2. Используйте изолированные подшипники

Имеет керамическое покрытие (например, плазменно-напыленная окись алюминия) на наружном или внутреннем кольце.

Разрывает электрическую цепь, предотвращая протекание тока через подшипник.

Часто используется на не приводном конце (NDE) двигателя.

3. Заземляющие щетки

Простые угольные или медные щетки, которые контактируют с валом.

Менее долговечны, чем заземляющие кольца, но эффективны для низкоскоростных или легких условий эксплуатации.

4. Правильная установка двигателя и привода

Используйте экранированные кабели двигателя и надлежащие методы заземления.

Минимизируйте длину кабеля между VFD и двигателем.

Рассмотрите возможность использования синусоидальных фильтров или фильтров dv/dt для уменьшения синфазного напряжения.

Заключение: Защитите свои инвестиции

Ток вала является безмолвной, но серьезной угрозой — особенно в современных системах с VFD. Хотя симптомы могут оставаться незамеченными до тех пор, пока не произойдет сбой, решение является как предотвратимым, так и экономически эффективным.

Распознавая признаки — такие как флютинг в вышедших из строя подшипниках — и применяя защитные меры, такие как заземляющие кольца или изолированные подшипники, вы можете:

Продлить срок службы подшипников и двигателя

Снизить затраты на техническое обслуживание

Избежать неожиданных простоев

Не позволяйте невидимому току ставить под угрозу вашу работу. Защитите свои двигатели. Защитите свою производительность.

Нужны высокоточные подшипники, устойчивые к электрической эрозии?

В Beining Intelligent Technology мы предлагаем изолированные подшипники, гибридные керамические подшипники и индивидуальные решения, разработанные для двигателей с VFD, робототехники и высокоскоростных шпинделей.

Свяжитесь с нами для получения технической поддержки или рекомендаций по продуктам.