La messa a terra dell'albero motore migliora l'affidabilità dei motori alimentati da inverter

Gli ingegneri della manutenzione sui tetti degli edifici commerciali o degli impianti industriali rilubrificano regolarmente i motori e controllano altri segni di affaticamento e, senza strumenti di manutenzione preventiva o software di controllo predittivo avanzato per fornire avvisi, gli ingegneri potrebbero fermarsi e pensare: "Cosa sono quei motori che sono peggiorando?"Sta diventando più forte o è solo la mia immaginazione?"I sensori interni (udito) e le intuizioni (allarmi predittivi) del motore dell'ingegnere esperto possono essere corretti, col tempo i cuscinetti non sono più consapevoli di nessuno.Usura prematura della custodia, ma perché?Essere consapevoli di questa “nuova” causa di guasto dei cuscinetti e sapere come prevenirla eliminando le tensioni di modo comune.

Perché i motori si guastano?

Sebbene esistano molte cause diverse di guasto del motore, la causa numero uno, di volta in volta, è il guasto dei cuscinetti.I motori industriali spesso sono soggetti a una serie di fattori ambientali che possono influire negativamente sulla durata del motore.Mentre la contaminazione, l'umidità, il calore o il carico errato possono certamente causare guasti prematuri ai cuscinetti, un altro fenomeno che può causare guasti ai cuscinetti è la tensione di modo comune.

Tensione di modo comune

La maggior parte dei motori oggi in uso funzionano con tensione incrociata, il che significa che sono collegati direttamente all'alimentazione trifase che entra nella struttura (tramite un avviatore motore).I motori azionati da convertitori di frequenza sono diventati più comuni poiché le applicazioni sono diventate più complesse negli ultimi decenni.Il vantaggio di utilizzare un convertitore di frequenza per azionare un motore è quello di fornire il controllo della velocità in applicazioni quali ventilatori, pompe e trasportatori, nonché di far funzionare i carichi con efficienza ottimale per risparmiare energia.

Uno svantaggio degli azionamenti a frequenza variabile, tuttavia, è la potenziale presenza di tensioni di modo comune, che possono essere causate da uno squilibrio tra le tensioni di ingresso trifase dell'azionamento.La commutazione ad alta velocità di un inverter a modulazione di larghezza di impulso (PWM) può causare problemi agli avvolgimenti e ai cuscinetti del motore, gli avvolgimenti sono ben protetti con un sistema di isolamento anti-picchi dell'inverter, ma quando il rotore vede accumularsi picchi di tensione, la corrente cerca il percorso con la minore resistenza al suolo: attraverso i cuscinetti.

I cuscinetti del motore sono lubrificati con grasso e l'olio nel grasso forma una pellicola che funge da dielettrico.Con il passare del tempo, questo dielettrico si rompe, il livello di tensione nell'albero aumenta, lo squilibrio di corrente cerca il percorso di minor resistenza attraverso il cuscinetto, provocando la formazione di un arco nel cuscinetto, comunemente noto come EDM (Electrical Discharge Machining).Nel corso del tempo, si verifica questo arco costante, le aree superficiali delle piste dei cuscinetti diventano fragili e piccoli pezzi di metallo all'interno del cuscinetto possono rompersi.Alla fine, questo materiale danneggiato si sposta tra le sfere e le piste dei cuscinetti, creando un effetto abrasivo che può causare brina o scanalature (e potenzialmente aumentare il rumore ambientale, le vibrazioni e la temperatura del motore).Man mano che la situazione peggiora, alcuni motori possono continuare a funzionare e, a seconda della gravità del problema, eventuali danni ai cuscinetti del motore potrebbero essere inevitabili perché il danno è già stato fatto.

basato sulla prevenzione

Come deviare la corrente dal cuscinetto?La soluzione più comune consiste nell'aggiungere una messa a terra dell'albero a un'estremità dell'albero motore, soprattutto nelle applicazioni in cui le tensioni di modo comune possono essere prevalenti.La messa a terra dell'albero è fondamentalmente un modo per collegare il rotore rotante di un motore a terra attraverso il telaio del motore.L'aggiunta di un albero messo a terra al motore (o l'acquisto di un motore preinstallato) prima dell'installazione può rappresentare un prezzo esiguo rispetto ai costi di manutenzione associati alla sostituzione dei cuscinetti, per non parlare degli elevati costi legati ai tempi di fermo dell'impianto.

Oggi nel settore sono comuni diversi tipi di sistemi di messa a terra degli alberi.Il montaggio di spazzole di carbone sulle staffe è ancora popolare.Sono simili alle tipiche spazzole di carbone DC, che fondamentalmente forniscono un collegamento elettrico tra le parti rotanti e fisse del circuito del motore..Un tipo relativamente nuovo di dispositivo sul mercato è il dispositivo ad anello con spazzola in fibra, questi dispositivi funzionano in modo simile alle spazzole di carbone posizionando più fili di fibre conduttive in un anello attorno all'albero.La parte esterna dell'anello rimane fissa e solitamente è montata sulla piastra terminale del motore, mentre le spazzole scorrono sulla superficie dell'albero motore, deviando la corrente attraverso le spazzole e mettendole a terra in modo sicuro.Tuttavia, per i motori più grandi (oltre 100 CV), indipendentemente dal dispositivo di messa a terra dell'albero utilizzato, si consiglia generalmente di installare un cuscinetto isolato sull'altra estremità del motore dove è installato il dispositivo di messa a terra dell'albero per garantire che tutte le tensioni nel rotore siano scaricato attraverso il dispositivo di messa a terra.

Insomma

Gli azionamenti a frequenza variabile possono far risparmiare energia in molte applicazioni, ma senza un'adeguata messa a terra possono causare guasti prematuri al motore.Ci sono tre cose da considerare quando si cerca di ridurre le tensioni di modo comune nelle applicazioni con convertitore di frequenza: 1) Assicurarsi che il motore (e il sistema motore) sia adeguatamente messo a terra.2) Determinare il corretto bilanciamento della frequenza portante, che ridurrà al minimo i livelli di rumore e lo squilibrio di tensione.3) Se si ritiene necessaria la messa a terra dell'albero, selezionare la messa a terra più adatta all'applicazione.