Napięcia wałowe i prądy łożyskowe w silnikach indukcyjnych

Transkrypt

1 POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI Napięcia wałowe i prądy łożyskowe w silnikach indukcyjnych dr inż. Piotr Zientek

2 GENEZA BADAŃ a) b) Uszkodzenia bieżni łożysk: a) nieregularne wżery na bieżni zewnętrznej pierścienia wewnętrznego, b) wżery liniowe na bieżni pierścienia łożyska walcowego.

3 GENEZA BADAŃ (cd.) a) b) Uszkodzone łożysko: a) wałeczkowe, b) kulkowe.

4 GENEZA BADAŃ (cd.) a) b) Zatarcie pakietu blach: a) stojana, b) wirnika, spowodowane uszkodzeniem łożyska.

5 NAPIĘCIA WAŁOWE I PRĄDY ŁOŻYSKOWE W SILNIKACH INDUKCYJNYCH DUŻEJ MOCY ZASILANYCH NAPIĘCIEM SIECIOWYM Przyczyny powstawania prądów łożyskowych U WAŁ >,2 V (rms) - powstawanie prądów łożyskowych

6 OBIEKTY BADAŃ - SILNIKI INDUKCYJNE MAŁEJ MOCY - Sf 132 S-4 P n = 5,5 kw U n = 38 V SZUe 44b P n = 4 kw U n = 22/38 V SZJe 24a P n = 1,5 kw U n = 22/38 V

7 OBIEKTY BADAŃ - SILNIKI INDUKCYJNE DUŻEJ MOCY - SEE 315ML2 P n = 2 kw U n = 4 V dskgw 5Y-4 P n = 5 kw U n = 33 V dskgw 315L-4 P n = 3 kw U n = 1 V

8 CECHY CHARAKTERYSTYCZNE BADANYCH SILNIKÓW DUŻEJ MOCY Drążony przelotowy wał wirnika. Zastosowanie łożyska izolowanego od strony przeciwnapędowej silnika. Wyposażenie w system chłodzenia wodą. dskgw 315L-4 P n = 3 kw U n = 1 V

9 SPOSÓB POMIARU PRĄDU ŁOŻYSKOWEGO 4 mm 2 TCP312 (3 A) TCP44XL (4 A)

10 WPŁYW TEMPERATURY ŁOŻYSK NA WARTOŚĆ NAPIĘĆ WAŁOWYCH I PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH T = 18 o C T = 73 o C

11 a) b) Zygzakowate wżery: a) na powierzchni wewnętrznej pierścienia zewnętrznego, b) na kulce łożyska. Powiększony wżer na kulce łożyska

12 ANALIZA USZKODZEŃ ŁOŻYSK TOCZNYCH SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOŻYSKOWYMI Prążki i drobne wżery na pierścieniu i na wałeczkach

13 USZKODZENIE BIEŻNI ŁOŻYSKA PO 4 ROZRUCHACH BEZ OBCIĄŻENIA SILNIKA O MOCY 3 kw Małe wżery na powierzchni wewnętrznej pierścienia zewnętrznego łożyska kulkowego

14 ANALIZA USZKODZEŃ ŁOŻYSK TOCZNYCH SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOŻYSKOWYMI Widoczne kratery na powierzchni wewnętrznej pierścienia wewnętrznego

15 ANALIZA USZKODZEŃ ŁOŻYSK TOCZNYCH SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOŻYSKOWYMI Uszkodzenie czopa wału spowodowane przepływem prądu przez łożysko

16 ANALIZA USZKODZEŃ ŁOŻYSK TOCZNYCH SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOŻYSKOWYMI a) b) Bieżnia wewnętrzna pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego: a) w górnej części pierścienia, b) w dolnej części pierścienia

17 ANALIZA USZKODZEŃ ŁOŻYSK TOCZNYCH SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOŻYSKOWYMI mm Podziałka milimetrowa Prążki na pierścieniu wewnętrznym łożyska walcowego (o średnicy 16 mm) na tle podziałki milimetrowej

18 Przepływ prądu w układzie napędowym po zastosowaniu izolowanego łożyska w silniku po stronie napędowej u WAŁ

19 USZKODZENIE POWIERZCHNI SPRZĘGŁA Widoczne wżery i duże kratery na powierzchni sprzęgła

20 u N [V] u W [V] u V [V] u U [V] PRĄDY ŁOŻYSKOWE W SILNIKACH INDUKCYJNYCH ZASILANYCH Z PRZEMIENNIKÓW CZĘSTOTLIWOŚCI t [ms] Powstawanie napięcia niezrównoważenia Rozłożone pojemności wewnętrzne (naturalne) w silniku indukcyjnym C sf pojemność pomiędzy uzwojeniem stojana a kadłubem C sr pojemność pomiędzy uzwojeniem stojana a wirnikiem C g pojemność szczeliny powietrznej C b pojemność łożyska

21 u WAŁ [V] u N [V] PRZYCZYNY POWSTAWANIA NAPIĘCIA WAŁOWEGO t [ms] 2 Pojemności wewnętrzne w silniku indukcyjnym C sf u WAŁ ( t) C sr 3,55 nf, C ( C sr b1 Csr C b2 ) C,5nF, C g g u N = 1,41 ( t) Pojemności wewnętrzne występujące w silniku zmierzone mostkiem transformatorowym typu: BM484 dla silnika o mocy P n =5.5 kw wynoszą: nf t [ms] Napięcie w punkcie neutralnym uzwojenia stojana, oraz napięcie wałowe

22 4 ZALEŻNOŚĆ 2 PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH OD WARTOŚCI NAPIĘCIA PRZEBICIA FILMU OLEJOWEGO u b [V] ał-pop [V] u b [V] i b [A] u N [V] i b [A] i CM [A] a) b) c) EDM t [ms] Zależność amplitudy wyładowczych prądów łożyskowych od wartości napięcia przebicia filmu olejowego w silniku indukcyjnym typu SZJe 24a o mocy 5 kw a) Napięcie niezrównoważenia b) Prąd łożyskowy c) Napięcie łożyskowe 1

23 i CM [A] i PE [A] i b2 [A] i b1 [A] u b [V] u N [V] EDM t [ s] Układ pomiarowy do kontroli rozpływu prądów łożyskowych w silniku indukcyjnym Wyniki pomiarów laboratoryjnych u N napięcie niezrównoważenia u b napięcie łożyskowe i b1, i b2 prąd łożyskowy w silniku indukcyjnym w łożysku nr. 1 i nr. 2 i CM prąd w przewodzie uziomowym silnika i PE prąd w przewodzie ochronnym łączącym falownik z silnikiem

24 u b [V] u b [V] u b [V] u b [V] u b [V] u b [V] u b [V] u b [V] WPŁYW TEMPERATURY WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH NA WARTOŚĆ NAPIĘCIA ŁOŻYSKOWEGO t = 31 o C t = 37 o C t = 41 o C 8 4 t = 47 o C t = 51 o C t = 53 o C t = 6 o C 2 1 t = 65 o C t [ms] t [ms] Przebieg napięcia łożyskowego dla różnej temperatury łożysk

25 USZKODZENIA ŁOŻYSK TOCZNYCH W SILNIKACH ZASILANYCH Z PRZEMIENNIKÓW CZĘSTOTLIWOŚCI a) c) b) Widoczne liczne małe wżery: a) na powierzchni zewnętrznej pierścienia wewnętrznego b) na powierzchni wewnętrznej pierścienia zewnętrznego c) na powierzchni wałeczka

26 USZKODZENIA ŁOŻYSK TOCZNYCH W SILNIKACH ZASILANYCH Z PRZEMIENNIKÓW CZĘSTOTLIWOŚCI a) b) Widoczne liczne małe wżery: a) na powierzchni zewnętrznej pierścienia wewnętrznego b) na powierzchni wewnętrznej pierścienia zewnętrznego łożyska kulkowego

27 METODY ELIMINACJI PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH Zasilanie napięciem sieciowym: 1. Stosowanie takich konstrukcji silników, w których występuje mała wartość napięcia wałowego. 2. Przerwanie obwodu, w którym płynie prąd łożyskowy, poprzez stosowanie łożysk izolowanych, ceramicznych, hybrydowych lub izolowanie komór łożyskowych. Zasilanie z przemienników częstotliwości: 1. Stosowanie takich algorytmów sterowania zaworami falownika, które dają zerową wartość napięcia w punkcie neutralnym uzwojenia stojana. 2. Wyeliminowanie napięcia łożyskowego poprzez zwarcie wału do kadłuba za pomocą szczotek metalo-grafitowych, lub specjalnych pierścieni AEGIS SGR. 3. Przerwanie obwody, w którym płynie prąd łożyskowy.

28 Dziękuję za uwagę