Напряжение на валу
Напряжение на валу возникает в электродвигателях и генераторах вследствие утечки, индукции или емкостной связи с обмотками двигателя. Это может произойти в двигателях с приводом от частотно-регулируемых приводов , которые часто используются в отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения системах . В машинах постоянного тока может наблюдаться ток утечки из обмоток якоря, питающий вал. Токи, возникающие из-за напряжения на валу, вызывают износ подшипников двигателя, но его можно предотвратить с помощью заземляющей щетки на валу, заземления корпуса двигателя, изоляции опор подшипников или экранирования.
Напряжение на валу может быть вызвано несимметричными магнитными полями самого двигателя (или генератора). Внешние источники напряжения на валу включают другие соединенные машины и электростатический заряд из-за трения резиновых ремней о приводные шкивы. [1]
Каждый ротор имеет некоторую степень емкостной связи с электрическими обмотками двигателя. [2] [3] но эффективный встроенный конденсатор действует как фильтр верхних частот , поэтому связь часто бывает слабой на частоте сети 50–60 Гц. Но многие преобразователи частоты (ЧРП) наводят значительное напряжение на вал ведомого двигателя из-за килогерцового переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), которые создают широтно-импульсную модуляцию, используемую для управления двигателем . [4] Наличие высокочастотных токов на землю может вызвать искры, искрение и поражение электрическим током, а также повредить подшипники. [5]
Контрмеры
[ редактировать ]Методы, используемые для минимизации этой проблемы, включают: изоляцию, альтернативные пути разряда, экран Фарадея , [6] изолированные подшипники, керамические подшипники , щетка заземления [6] и кольцо заземления вала.
Щит Фарадея
[ редактировать ]Асинхронный двигатель с электростатическим экранированием (ESIM) является одним из подходов к решению проблемы напряжения на валу, поскольку изоляция снижает уровни напряжения ниже уровня пробоя диэлектрика. Это эффективно останавливает деградацию подшипников и предлагает решение проблемы ускоренного износа подшипников, вызванного рифлением, вызванным инверторами с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). [7]
Щетка для заземления
[ редактировать ]Заземление вала путем установки заземляющего щеточного устройства на неприводном или приводном конце электродвигателя с ЧРП обеспечивает альтернативный путь с низким сопротивлением от вала двигателя к корпусу двигателя. Этот метод отводит ток от подшипников. Это значительно снижает напряжение на валу и, следовательно, ток подшипника, не допуская накопления напряжения на роторе. [8]
Кольцо заземления вала
[ редактировать ]Кольцо заземления вала устанавливается вокруг вала двигателя и создает путь с низким импедансом для тока, который течет обратно к корпусу двигателя и на землю. Существуют различные типы колец, например, содержащие микроволокна, непосредственно контактирующие с валом, или кольца, которые зажимаются на валу с помощью угольной щетки, находящейся на кольце (а не непосредственно на валу).
Изолированные подшипники
[ редактировать ]Изолированные подшипники исключают путь к земле через подшипник для протекания тока. Однако установка изолированных подшипников не устраняет напряжение на валу, которое все равно находит путь к земле с наименьшим сопротивлением. Это потенциально может вызвать проблему, если путь проходит через приводимую нагрузку или через какой-либо другой компонент.
Экранированный кабель
[ редактировать ]Высокочастотное заземление можно значительно улучшить, установив экранированный кабель с чрезвычайно низким импедансом между преобразователем частоты и двигателем. Одним из популярных типов кабелей является с непрерывной гофрированной алюминиевой кабель оболочкой.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хамид А. Толият, ГБ Климан Справочник по электродвигателям CRC Press, 2004 г. ISBN 0824741056 , стр.672-688.
- ^ «Переворачиваем таблицы напряжения на валу и токов подшипников», Дэвид В. Шлегель, Рассел Дж. Керкман и Гэри Л. Скибински, журнал «Электрическое строительство и обслуживание (EC&M)» , июнь 1998 г., [1]
- ^ «Как выбрать ЧРП», Джон Юн (PE, LEED AP), инженер-консультант , ноябрь 2010 г., [2]
- ^ Заземление вала. Решение проблемы токов в подшипниках двигателя
- ^ «Техника управления» .
- ^ Jump up to: а б Вызывают ли токи в подшипниках отказы двигателя? Гринхек
- ^ Буссе, DF; Эрдман, Дж. М.; Керкман, Р.Дж.; Шлегель, Д.В.; Скибинский, Г.Л. (1997). «Оценка асинхронного двигателя с электростатическим экранированием: решение проблемы повышения напряжения на валу ротора и тока подшипника». Транзакции IEEE для промышленных приложений . 33 (6): 1563–1570. дои : 10.1109/28.649969 .
- ^ «Системы заземления вала» (PDF) . Проверено 30 марта 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Техническое руководство № 5 – Подшипниковые токи в современных системах привода переменного тока» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 23 мая 2011 г.
- Уникальная система для снижения высокочастотных паразитных шумов и переходных синфазных токов заземления до нуля, одновременно устраняя другие проблемы с заземлением. Уведомления о встречах и изменениях в правилах производства электротехнической продукции и обмотки катушек.