+386 (0)7 337 00 56 info@gipron.si

Na nekaterih novih pogonskih napravah lahko pride do poškodb ležajev že nekaj mesecev po zagonu. Poškodbe lahko povzročijo visokofrekvenčni tokovi, ki tečejo skozi ležaje motorja. Ti tokovi niso nekaj novega, saj obstajajo od samega nastanka elektromotorjev, do povečanega števila poškodb na ležajih motorjev pa je prišlo v zadnjih letih. Razlog je v tem, da sodobni frekvenčni pretvorniki s svojimi hitro naraščajočimi napetostnimi impulzi in visokimi preklopnimi frekvencami lahko povzročijo ponavljajoče tokovne impulze, ki se zaradi parazitnih kapacitivnosti med statorjem in rotorjem prenašajo na gred motorja in proti ozemljitvi zaključujejo skozi ležaje. Ti tokovni impulzi povzročijo poškodbe (erodiranje) na ležajih.

Da bi se izognili poškodbam ležajev zaradi teh tokov, je potrebno zagotoviti ustrezne nizko impedančne ozemljitvene sisteme in poti, ki v čim večji meri onemogočijo, da se ti tokovi vrnejo do frekvenčnega pretvornika preko ležajev motorja.

Preprečevanje škodljivih visokofrekvenčnih tokov skozi ležaje motorja

Obstaja več ukrepov s katerimi lahko preprečimo ali omejimo visokofrekvenčne tokove skozi ležaje elektro motorjev:

  • Simetrični kabel
  • EMC zaključevanje motorskega kabla
  • Preklopna frekvenca
  • Vgradnja in povezovanje frekvenčnega pretvornika
  • Ozemljevanje in izenačevanje potencialov postroja
  • Induktivni filtri
  • Dodatni ukrepi na elektromotorju

Simetrični kabel

Z uporabo simetričnih VFD kablov oziroma EMV-3 PLUS kablov (2YSL(St)CY-J 0,6/1kV EMV-3 PLUS) dosežemo boljšo nizko impedančno povezavo med motorjem in frekvenčnim pretvornikom, kot s klasičnimi opletenimi kabli. S simetričnim razporedom faznih in PE vodnikov v kablu (nižja kapacitivnost kabla) se preprečuje pojav tokov v ležajih pri osnovni frekvenci 50Hz. Da bi bil oplet kabla učinkovit pri visokih frekvencah mora njegova prevodnost znašati vsaj 1/10 prevodnosti faznega vodnika.

simetricni kabel

EMC zaključevanje na motorskega kabla

Oplet motorskega kabla je potrebno na obeh straneh pravilno zaključiti s tako imenovanim 360° zaključkom, pri čemer je obvezna uporaba EMC objemk in uvodnic. Oplet in zaščitni vodnik se na priključno sponko elektromotorja ali frekvenčnega pretvornika izvede s čim krajšimi vodniki. Pravilno je potrebno obravnavati tudi krmilne in komunikacijske kable in najti ustrezen način za ozemljevanje opletov teh kablov, pri čemer je potrebno nujno upoštevati navodila proizvajalca opreme, kot tudi dejstvo ali je PLC, na katerega se frekvenčni pretvornik priključuje s krmilnimi in komunikacijskimi signali del istega ozemljitvenega sistema ali ne. Ustrezno je potrebno povezati tudi proste vodnike v krmilnih kablih.

 EMC uvodnica

Preklopna frekvenca

Trenutna tehnologija krmiljenja asinhronskih motorjev z IGBT tranzistorji na izhodu frekvenčnega pretvornika uporablja preklopne frekvence, ki so tudi do dvajsetkrat višje od tistih izpred deset let. Z višanjem preklopnih frekvenc se izhodni tok frekvenčnega pretvornika močno približa sinusni obliki, hkrati pa se s tem povečuje tudi nezaželen pojav parazitskih kapacitivnosti in višje harmonskih tokov skozi ležaje motorja. Preklopna frekvenca na frekvenčnem pretvorniku je nastavljiva in z ustrezno nastavitvijo le-te lahko ta pojav zmanjšamo in hkrati dosežemo tudi boljšo energetsko učinkovitost pogona.

Vgradnja in povezovanje frekvenčnega pretvornika

Ohišje frekvenčnega pretvornika je potrebno ozemljiti. Opleti močnostnih in krmilnih kablov morajo na obeh straneh s 360° EMC objemkami in uvodnicami imeti dober stik z ozemljenim ohišjem elektromotorja in frekvenčnega pretvornika. Kadar PLC na katerega se s krmilnimi kabli navezujemo na frekvenčni pretvornik ni del istega ozemljitvenega sistema so potrebni drugačni ukrepi. Kabli diskretnih signalov morajo biti v izvedbi »twisted pair«. Predvsem je potrebno pri tem upoštevati navodila proizvajalca posamezne opreme in jih ustrezno aplicirati na našem konkretnem primeru. Pri polaganju kablov je potrebno upoštevati, da je minimalna razdalja med napajalnim, motorskim in krmilnimi kabli na kabelskih policah 200mm. Križanje teh kablov mora biti pravokotno.

Ozemljevanje in izenačevanje potencialov postroja

Osnovni namen ozemljevanja prevodne opreme je varnost oseb. Z dodatno izenačitvijo potencialov prevodnih delov postroja in ustrezno nadtokovno zaščito dosežemo, da napetost dotika ob okvari ne preseže dovoljenih vrednosti. S stališča elektromagnetne združljivosti pa je ravno tako pomembno, da je izenačitev potencialov efektivna tudi pri višjih frekvencah. Pri izvedbi ozemljitev gradnikov postroja (razdelilnik, frekvenčni pretvornik, elektromotor, pogon, nosilna konstrukcija) je izjemno pomembo, da so povezave na ozemljitev nizko impedančne, kar dosežemo z uporabo ploščatih ozemljitvenih pletenic ali vodnikov z dovolj velikim presekom.

Izenačevanje potencialov

Induktivni filtri

Induktivni filtri, ki jih vgradimo na vodnike kabla, ki povezuje frekvenčni pretvornik in elektromotor, absorbirajo napetostne konice s čimer učinkovito nižajo višje harmonske tokove. Stroški namestitve so približno enaki kot pri drugih rešitvah. Dolgoročni stroški pa so zanemarljivi, saj opisana rešitev praktično ne potrebuje vzdrževanja.

Dodatni ukrepi na motorju

Dodatni ukrepi, ki jih lahko izvedemo, da bi se izognili poškodbam ležajev zaradi visokofrekvenčnih tokov so, da namesto kovinskih ležajev uporabimo keramične. Uporabimo lahko tudi drsne obroče na gredi motorja s katerim premostimo tok skozi ležaje.

Drsni obroc

 

Viri :

  • ABB, technical guide No.5, Bearing currents in modern AC drive systems
  • AEGIS, Bearing protection handbook