Что в действительности стоит за повреждениями, возникающими в результате воздействия подшипниковых токов?

Другим интересным фактом является то, что повреждение подшипников токами происходило и до применения преобразователей частоты переменного тока. Такие повреждения регулярно наблюдались на подключенных к электрическим сетям насосах. Повреждения в основном возникали вследствие разницы напряжения между фазами, в результате чего возникали токи, циркулирующие через подшипники двигателя.

Если посмотреть на частотные преобразователи мощностью до 90 кВт / 100 л.с., то подшипниковые токи редко являются причиной повреждения подшипников. Во многих случаях, анализ подшипников производился изготовителем подшипников после получения претензий от заказчика по поводу повреждений, вызванных нарушением соосности. Если вы видите волнообразный износ подшипников (рис. 1), то наиболее вероятно, что он вызван действием токов. Однако, в случае нарушения соосности подшипника, дорожка не будет такой «чистой».

 

 

Рис. 1: Волнообразное повреждение подшипника

 

Если дорожка смещена от центра, и, в особенности, если след износа имеет наклон, то наиболее вероятной причиной износа является нарушение соосности подшипника. Это нарушение приводит к смещению подшипника с разрывом изолирующей смазочной пленки.

Также важно отметить, что если подшипник не является самосмазывающимся, то недостаточная подача смазочного масла также уменьшает толщину пленки. Это делает подшипники более подверженными повреждению токами. Это одна из причин того, что повреждения чаще встречаются на мощных двигателях, так как такие двигатели в основном смазываются на месте.

Поиск и устранение основной причины

Следует сказать, что подшипниковые токи не являются вымышленным явлением, а действительно существуют в природе. Использование преобразователей частоты переменного тока не повышает риск повреждения подшипников. По этой причине, некоторые изготовители двигателей рекомендуют использовать изолированные подшипники, которые препятствуют протеканию тока через подшипники. Тем не менее, зафиксировано несколько случаев повреждений изолированных подшипников. Так что использование таких подшипников не является гарантированным решением. Так же, как и со многими другими проблемами, безусловно, лучше воздействовать на основную причину, чем пытаться исправить последствия. В данном случае применение изолированных подшипников не является оптимальным решением.

Также для регулирования циркулирующих токов применяются заземляющие кольца вала, которые обеспечивают шунтирование подшипниковых токов на землю, таким образом, предупреждая повреждение подшипника. Такие кольца устанавливаются на вал и крепятся болтами к кожуху статора (см. рис. 2).

 

 

Рис. 2: Кольца заземления вала

 

Несмотря на то, что это решение широко распространено, оно по сути лишь подобно наложению пластыря на рану, хотя работает лучше, чем использование изолированных подшипников. Такой подход повышает стоимость установки без устранения синфазных напряжений, которые фактически являются основной причиной.

Наилучшим решением данной проблемы является полное устранение источника тока. Однако, вследствие присущих преобразователям частоты переменного тока свойств, образуется значительный потенциал, приводящий к возникновению подшипниковых токов. Тем не менее, работа насосов и вентиляторов с переменной скоростью позволяет обеспечить наибольшую экономию энергии, и отказ от использования частотных преобразователей только по упомянутым причинам является очень плохим решением, так как не существует другого способа для экономии энергии, достигаемой путём изменения скорости вращения.

 

Допуская, что применение преобразователей частоты переменного тока также необходимо, как и применение плавких предохранителей сети в современных электроустановках, мы должны сфокусироваться на оказываемом воздействии частотных преобразователей, приводящее к повреждению подшипников. Основной причиной возникновения подшипниковых токов в действительности являются синфазные токи, протекающие от преобразователя частоты переменного тока к двигателю. Таким образом, устраняя эти токи и обеспечивая уравнивание электрических потенциалов в установке, мы можем в значительной степени уменьшить опасность повреждений, возникающих вследствие воздействия подшипниковых токов.

 

На рынке были представлены синфазные фильтры, которые предназначены для подавления этих циркулирующих токов и защиты подшипников. Выбрав соответствующий фильтр, можно уменьшить уровень тока до такой степени, что риск возникновения повреждений подшипников, вызванных воздействием токов, будет снижен к минимуму. Применение этих фильтров исключает необходимость осуществления затрат на изолированные подшипники и изолирующие кольца. Затраты на приобретение фильтров не увеличивают стоимость в чистом виде, а служат заменой для менее эффективного решения.

Конструкция таких фильтров в значительной степени подобна простому кольцевому сердечнику (см. рис. 3).

 

Рис. 3: Синфазные фильтры

 

Необходимо просто пропустить фазные жилы двигателя (но не проводник заземления) через сердечник (см. рис. 4), после чего осуществить монтаж двигателя обычным способом. Это также является отличным решением при проведении модернизации оборудования. При наличии проблем с повреждениями подшипников, возникающими вследствие возможного воздействия подшипниковых токов, применение одного из таких фильтров может быть быстрым и простым решением. Тем не менее, следует тщательно оценить наличие проблемы с соосностью двигателя и насоса, так как всегда лучше выявить основную причину, чем принимать имеющееся под рукой лекарство в надежде, что оно подойдет для лечения болезни.

 

Рис. 4: Сердечники HF-CM

 

Изготовитель подшипника может, в большинстве случаев, помочь в проведении анализа и предоставить подробную информацию касательно основной причины повреждения. Если действительная причина заключается в электрической части и при этом используется преобразователь частоты, тогда перед тем как приступить к монтажу фильтров, необходимо совместно с изготовителем преобразователя частоты переменного тока выяснить, есть ли в установке другие проблемы, которые могут способствовать возникновению повреждений. Это позволит сначала устранить другие неисправности, которые не могут быть разрешены использованием фильтров.

 

Автор: Фрэнк Танинг-Грундхольм (Frank Taaning-Grundholm), начальник отдела международного сбыта, компания Danfoss Drives.