Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/

Podobne dokumenty
PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

WPŁYW PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH NA STAN BIEŻNI ŁOŻYSK SILNIKÓW INDUKCYJNYCH ZASILANYCH Z FALOWNIKÓW PWM

PRĄDY ŁOŻYSKOWE W SILNIKACH INDUKCYJNYCH DUŻEJ MOCY ZASILANYCH NAPIĘCIEM SIECIOWYM - BADANIA LABORATORYJNE

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

Łożyska ślizgowe - podstawowe rodzaje

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

DROGI PRZEPŁYWU PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH W UKŁADACH NAPĘDOWYCH DUŻEJ MOCY ZASILANYCH NAPIĘCIEM SIECIOWYM

Napięcia wałowe i prądy łożyskowe w silnikach indukcyjnych

BADANIA PORÓWNAWCZE SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO PODCZAS RÓŻNYCH SPOSOBÓW ROZRUCHU 1. WSTĘP

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

Q = 0,005xDxB. Q - ilość smaru [g] D - średnica zewnętrzna łożyska [mm] B - szerokość łożyska [mm]

Hamulce elektromagnetyczne. EMA ELFA Fabryka Aparatury Elektrycznej Sp. z o.o. w Ostrzeszowie

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Badanie skuteczności ochrony łożysk przed skutkami przepływu prądów łożyskowych z zastosowaniem pierścieni zwierających

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Łożyska - zasady doboru

BADANIE SKUTECZNOŚCI OCHRONY ŁOŻYSK PRZED SKUTKAMI PRZEPŁYWU PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH Z ZASTOSOWANIEM PIERŚCIENI ZWIERAJĄCYCH

BADANIE SKUTECZNOŚCI OCHRONY ŁOŻYSK PRZED SKUTKAMI PRZEPŁYWU PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH Z ZASTOSOWANIEM PIERŚCIENI ZWIERAJĄCYCH

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

Dutchi Motors. Moc jest naszym towarem Świat jest naszym rynkiem INFORMACJE OGÓLNE

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

Podstawy Konstrukcji Maszyn

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Seria Jubileuszowa. Rozwiązania informatyczne. Sprężarki śrubowe Airpol PRM z przetwornicą częstotliwości. oszczędność energii. ochrona środowiska

PRZYKŁADY CHARAKTERYSTYK ŁOŻYSK

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

Wyznaczanie strat w uzwojeniu bezrdzeniowych maszyn elektrycznych

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

PRZEPISY PUBLIKACJA NR 42/P PRÓBY WIRUJĄCYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH styczeń

ROZRUCH SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO NAPĘDZAJĄCEGO POMPĘ DUŻEJ MOCY W TRUDNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

WPŁYW PRZEKSZTAŁTNIKA NA MOC ZNAMIONOWĄ TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

Prądy łożyskowe w silnikach indukcyjnych zasilanych z falowników PWM

PORÓWNANIE PARAMETRÓW SILNIKA DWUFAZOWEGO I TRÓJFAZOWEGO ZASILANYCH Z PRZEKSZTAŁTNIKÓW

Informacje ogólne. Normy. Napięcie i częstotliwość. Wyważanie. Zdolność przeciążeniowa i restart. Deklaracja zgodności, znak CE.

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Podstawowe uszkodzenia silników indukcyjnych, ich objawy i sposoby usuwania.

WPŁYW ODBIORÓW SILNIKOWYCH NA POZIOM MOCY ZWARCIOWEJ W ELEKTROENERGETYCZNYCH STACJACH PRZEMYSŁOWYCH

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

Badanie silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi (BLCD)

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Komputerowe projektowanie konstrukcji mechanicznych

Trójfazowe silniki klatkowe wysokiego napięcia serii. Sh o wysokiej sprawności Karta katalogowa nr 26h

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

Opracować model ATP-EMTP silnika indukcyjnego i przeprowadzić analizę jego rozruchu.

2.3. Praca samotna. Rys Uproszczony schemat zastępczy turbogeneratora

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ZASTOSOWANIEM SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU CZĘŚĆ 2 ZASILANIE NIESYMETRYCZNE

CND Wysokociśnieniowe pompy zasilające x x45. 1x45 1,6 R5 10. r6 (Ø70) Ø200. Ø90 h9 (Ø184) 1x45 A 1,6 Ø65 H7 Ø250 Ø350

Przyczyny uszkodzeń łożysk ślizgowych

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

SILNIKI PRĄDU STAŁEGO

WPŁYW PRZEKSZTAŁTNIKA NA MOC ZNAMIONOWĄ TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO POWER CONVERTER INFLUENCE ON THE NOMINAL POWER THREE PHASE INDUCTION MOTOR

Ćwiczenie 3 Falownik

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

HYDROENERGETYKA PRĄDNICE ELEKTRYCZNE. Ryszard Myhan WYKŁAD 5

Softstart z hamulcem MCI 25B

Silniki prądu stałego

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

SYNCHRONIZACJA SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH. WYBÓR CHWILI ZAŁĄCZENIA PRĄDU WZBUDZENIA

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Alternator. Elektrotechnika w środkach transportu 125

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

Maszyny Elektryczne i Transformatory sem. III zimowy 2012/2013

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

Przetworniki Elektromaszynowe st. n.st. sem. V (zima) 2016/2017

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

DROGI PRZEPŁYWU PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH W ORGANACH URABIAJĄCYCH KOMBAJNÓW GÓRNICZYCH BEARING CURRENT PATH IN CUTTING DRUMS OF HEADING MACHINES

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 81 Zdzisław Krzemień Instytut Elektrotechniki, Warszawa PRACA ŁOŻYSK TOCZNYCH PRZY ROZRUCHU ORAZ PRZY NIEWIELKICH PRĘDKOŚCIACH OBROTOWYCH SILNIKA INDUKCYJNEGO RUNNING OF BEARINGS UNDER STARTING AND AT LOW ROTATION SPEED OF INDUCTION MOTORS Abstract: Damages of bearings are the one of the most frequently reasons of induction motors failures. Application in power electronic systems causes that motors work in wide range of speed also at low speed. Running of motors at low speed causes a certain danger for bearings. There are introduced the properties of bearings in the paper. The investigations showed that the properties of bearings depend on the viscosity, lubricant temperature, speed and load. There are talked the results of bearings testing running at low speed in the paper. Between shaft and raceway of bearings it was turned on 0.4 V DC voltage from external source and it was observed waveforms of this voltage during starting of motors and low speed. Moreover it was determined the losses in bearing in induction motor fed from source with regulated frequency and for different positions of motors. 1. Wstęp Łożyska toczne to jeden z elementów konstrukcyjnych silników indukcyjnych, zazwyczaj traktowane są przez projektantów silników jako gotowy element dobierany jedynie pod względem nośności. Tymczasem łożysko stanowi złożoną strukturę, w której podczas pracy zachodzą procesy mające wpływ na niezawodność działania silnika. W silnikach indukcyjnych małej i średniej mocy stosuje się zwykle łożyska kulkowe. Składają się one z bieżni zewnętrznej oraz wewnętrznej między którymi umieszczone są elementy toczne (kulki) zanurzone w smarze. Powszechne stosowanie do regulacji układów energoelektronicznych sprawia, że silniki indukcyjne pracują w szerokim zakresie prędkości obrotowych, w tym także przy prędkościach znacznie mniejszych od prędkości znamionowych co stwarza pewne zagrożenia dla łożysk. Ponadto zasilanie falownikowe powoduje pojawienie się prądów łożyskowych, które mogą być przyczyną uszkodzeń bieżni łożysk. Uszkodzenia łożysk są jedną z najczęstszych przyczyn awarii silników indukcyjnych. 2. Film olejowy W tracie wirowania łożyska na skutek działania sił hydrodynamicznych pomiędzy elementy toczne i bieżnie wnika czynnik smarujący powodując powstanie filmu olejowego oddzielającego części metalowe warstwą dielektryka. Grubość filmu olejowego jest podstawowym parametrem decydującym o własnościach łożyska podczas pracy. Parametr ten jest zależny przede wszystkim od lepkości kinetycznej (tarcia wewnętrznego) czynnika smarującego, prędkości obrotowej, obciążenia i wymiarów łożyska. Na wartość lepkości decydujący wpływ ma temperatura łożyska. Zależność lepkości kinetycznej od temperatury dla oleju parafinowego będącego bazą smaru ŁT4P3, który jest stosowany w łożyskach zainstalowanych w badanych silnikach dostępna jest w [4]. Film olejowy w łożyskach tocznych średniej wielkości w znamionowych warunkach pracy silnika ma grubość rzędu mikrometrów. Grubość filmu olejowego można wyliczyć opierając się na formule opracowanej przez A. Grubina i dostępnej w literaturze [3]. 3. Tarcie w łożyskach tocznych Wielkość tarcia w łożyskach tocznych zależy przede wszystkim od warunków smarowania, obciążenia i jakości wykonania łożysk. Rozróżnia się zasadniczo trzy rodzaje tarcia występującego w łożyskach tocznych: tarcie toczne występuje gdy ciśnienie hydrodynamiczne ma niewielką wartość i w łożysku pojawia się stały kontakt metaliczny pomiędzy elementami tocznymi i bieżniami. Stan ten występuje przy niewielkich prędkościach obrotowych łożyskowanej części maszyny;

82 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 tarcie półpłynne występuje w przypadku gdy ciśnienie hydrodynamiczne w łożysku jest zbyt małe aby wytworzyć film olejowy o odpowiednio dużej grubości lub jakość wykonania łożyska jest niska. W trakcie pracy łożyska oprócz tarcia płynnego występuje tarcie toczne pomiędzy częściami metalicznymi spowodowane chwilowym kontaktem bezpośrednim pomiędzy elementami łożyska. Współczynnik tarcia wynosi wówczas 0.05-0.15 [1]. W trakcie pracy łożyska występuje z czasem niewielkie zużycie; tarcie płynne występujące w przypadku gdy elementy łożyska dzięki ciśnieniu hydrodynamicznemu są całkowicie oddzielone od siebie warstwą filmu olejowego powstającemu w szczelinie pomiędzy bieżniami i elementami tocznymi. Zjawisko to ma miejsce jeśli grubość filmu jest większa od sumy wysokości nierówności współpracujących powierzchni. Straty tarcia w łożyskach zależą od grubości filmu olejowego, a więc pośrednio od lepkości czynnika smarującego, prędkości obrotowej, obciążenia, wymiarów geometrycznych łożyska. Przy występowaniu tylko tarcia płynnego zużycie łożyska w czasie jest znikome. Współczynnik tarcia w tym przypadku wynosi około 0.001, [1]. 4. Kontakt metaliczny Powierzchnie robocze elementów łożyska nie są idealnie gładkie i nawet przy starannej obróbce występują pewne nierównomierności widoczne pod powiększeniem mikroskopowym w postaci chropowatości. W czasie wirowania, nierówności te powodują miejscowe zmniejszenie grubości filmu olejowego lub nawet punktowy kontakt metaliczny pomiędzy elementami łożyska. Przy niewielkich prędkościach obrotowych punktowa wartość wysokości chropowatości jest większa od grubości filmu, następuje chwilowy kontakt metaliczny pomiędzy elementami tocznymi i bieżniami. Ze wzrostem prędkości obrotowej częstość występowania zwarć metalicznych maleje do zera. Występowanie tego zjawiska zależy również od temperatury (lepkości) czynnika smarującego oraz obciążenia łożyska, wynika to ze zmian wartości grubości filmu olejowego. Czas trwania kontaktu metalicznego pomiędzy elementami tocznymi i bieżnią zależy od podziałki i od średnicy elementów tocznych. Jest on większy na bieżniach zewnętrznych. Zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, [5]. Rezystancja styku pomiędzy elementami tocznymi i bieżniami łożyska zależna jest od wartości powierzchni styku i jakości wykonania łożyska (chropowatości powierzchni elementów). W typowych łożyskach kulkowych wartość rezystancji statycznej (postojowej) zawiera się w granicach 0.3-0.8 Ω, [2]. 5. Uszkodzenia łożysk Łożyska toczne instalowane w maszynach elektrycznych powinny pracować bez uszkodzeń kilkadziesiąt tysięcy godzin, toteż ich dobór powinien uwzględniać czynniki wpływające na trwałość. Na trwałość łożysk wpływa przeciążenie, zbyt wysoka temperatura pracy, niewłaściwy montaż, stosowanie nieodpowiedniego smaru, występujące siły osiowe, drgania oraz prądy łożyskowe. Rozróżnia się następujące przyczyny powodujące uszkodzenia łożysk tocznych: zmęczenie materiału, korozja, kawitacja, zużycie, przegrzanie, zatarcie, długie postoje maszyny, prądy łożyskowe. 6. Praca łożysk tocznych zainstalowanych w silnikach Zasadniczo możemy wyodrębnić trzy stany pracy łożysk tocznych zainstalowanych w silnikach indukcyjnych: - praca, przy której występuje stały kontakt metaliczny i pomiędzy elementami łożyska ma miejsce tarcie toczne. Stan taki występuje przy niewielkich prędkościach obrotowych silnika: w początkowej fazie rozruchu lub przy zasilaniu napięciem o częstotliwości kilku herców. Rezystancja łożyska przyjmuje wówczas niewielką wartość; - praca, przy której występują chwilowe kontakty pomiędzy elementami tocznymi i bieżniami, pomiędzy elementami łożyska ma miejsce tarcie półpłynne. Stan taki występuje chwilę po rozruchu silnika jeszcze przy niewielkiej prędkości obrotowej, przy zasilaniu napięciem o niewielkiej częstotliwości lub przy przeciążeniach silnika. Wartość rezystancji łożyska przyjmuje wówczas wartości naprzemian duże lub małe. - praca, przy której elementy łożysk rozdzielone są filmem olejowym i kontakty metaliczne pomiędzy elementami łożyska nie występują. W łożysku ma miejsce tylko tarcie płynne. Stan taki występuje przy dużych prędko-

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 83 7. Wyniki badań Badaniom podano standardowe silniki indukcyjne następujących wielkości: 132S-4 z łożyskami budowy zamkniętej typu 6308ZZ oraz 180M-4 z łożyskami typu 6311ZZ. Łożyska te napełnione są smarem typu ŁT4P3. Silniki miały zdemontowane wentylatory i odsunięte uszczelki. 7.1. Praca łożysk przy rozruchu silnika Celem zbadania pracy łożysk podczas rozruchu silnika oraz przy jego niewielkich prędkościach obrotowych pomiędzy zewnętrzną bieżnie łożyska badanego silnika i wał przyłożono napięcie stałe o wartości 0.4V. Wartość napięcia dobrano tak, aby było ono mniejsze od napięcia przebicia filmu olejowego, które dla tych łożysk wynosi 1 V, tzn. dla wartości napięcia łożyskowego mniejszego od 1 V nie nastąpi zjawisko przebicia filmu olejowego, niezależnie od temperatury czynnika smarującego (dla przedziału temperatur występujących w łożyskach zainstalowanych w maszynach elektrycznych), [4]. Wykonywano obserwacje oscylograficzne przebiegu tego napięcia przy rozruchu silnika i przy jego wybiegu. Rozruchów silników dokonywano dla następujących przypadków: - załączenia pełnego napięcia sieci na zaciski silnika (silnik nieobciążony); - załączenie regulowanego napięcia sieci na zaciski silnika (silnik nieobciążony); - załączenie pełnego napięcia sieci na zaciski silnika (silnik obciążony momentem bezwładności); - sprzęgnięte dwa silniki, na zaciski jednego z nich załączano pełne napięcie sieci natomiast obserwacje oscylograficzne przebiegu napięcia na łożyskach wykonywano na silniku niezasilanym. Na rysunkach poniżej zamieszczono przykładowe przebiegi napięcia na łożyskach badanych silników. Rys.1. Przebiegi napięcia na łożyskach silnika 132S4 załączonego bezpośrednio do sieci (A) oraz przy wybiegu (B),temperatura łożysk 20 C ok.70 obr/min ok.120 obr/min Rys.2. Przebiegi napięcia na łożyskach silnika 132S4 przy rozruchu ze źródła napięcia regulowanego(a) i przy wybiegu (B).Temperatura łożysk 18 C Wobec braku możliwości odczytania wartości prędkości obrotowej, przy których występują tarcie toczne i półpłynne przy załączeniu silników bezpośrednio z sieci, wykonano próby przy zasilaniu silnika napięciem regulowanym i łagodnym rozruchu silnika. Tarcie toczne występuję wówczas do ok. 70 obr/min, natomiast przy prędkościach większych od 110 120 obr/min w łożyskach występuje tarcie płynne. Należy sądzić, że przy rozruchu bezpośrednim wartości te są zbliżone. Na oscylogramach poniżej widoczny jest wpływ siły naciągu magnetycznego na przebieg kontaktów metalicznych w łożyskach. Siła ta w początkowym okresie rozruchu silnika powoduje znaczne powiększenie obszaru w którym występuje tarcie półpłynne.

84 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 Rys.3. Porównanie rozruchu silnika z napięciem (C) i bez napięcia (A), dwa silniki sprzęgnięte, temperatura łożysk 20 C Na rysunku 4 przedstawiono przebiegi oscylograficzne zarejestrowane przy rozruchu silnika obciążonego momentem bezwładności. W tabeli poniżej przedstawiono zestawienie obszarów występowania różnych rodzajów tarcia w łożyskach badanych silnika 132S4. Zależność częstości występowania kontaktów metalicznych od temperatury łożysk uwidaczniają pomiary wykonane podczas próby nagrzewania silnika 180L4. Temperatura łożysk wzrosła wtedy od 18 C (stan zimny silnika) do 85 C (stan nagrzany, ustalony przyrost temperatury uzwojenia - 109 K), lepkość kinetyczna smaru zmieniła się od 128 cst do 17 cst, zaś obliczeniowa grubość filmu olejowego zmniejszyła się wówczas 6.5-krotnie, co spowodowało pojawienie się tarcia półpłynnego i kontaktów metalicznych pomiędzy elementami łożyska. Tab.1. Obszar występowania różnych rodzajów tarcia w silniku 132S4 rodzaj tarcia prędkość obrotowa silnika [obr/min] obciążenie obciążenie momentem momentem J = 1.27 J = 2.73 kgm 2 kgm 2 bieg jałowy toczne < 70 < 60 < 55 półpłynne 70-120 60-210 55-290 płynne > 120 > 210 > 290 Na rysunku poniżej zamieszczono przebieg napięcia na łożyskach w badanym silniku w stanie nagrzanym. n=1498 obr/min Rys.4. Rozruch silnika132s4 obciążonego momentem bezwładności (2.73 kgm 2 ), 1- napięcie zasilania, 2 prędkość obrotowa, 3 napięcie na łożyskach Rys.5. Przebieg napięcia na łożyskach silnika 180L4. po próbie nagrzewania. Temperatura łożysk - 85 C, obciążenie znamionowe 7.2. Straty mechaniczne przy różnych prędkościach obrotowych silnika Straty mechaniczne wyznaczono z prób biegu jałowego wykonanych wg normy PN IEC 60034-2. Silniki zasilane były z prądnicy synchronicznej o zmiennej prędkości obrotowej. Wyznaczone straty mechaniczne przy różnych wartościach częstotliwości napięcia zasilającego składają się ze strat w łożyskach i strat tarcia wirnika o powietrze zamieszczono na rys. 6.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 74/2006 85 100 Pm [W] 80 60 40 20 0 180 M4 132 S4 0 20 40 60 f [Hz] Rys.6. Straty mechaniczne silników 132S4 i 180M4 (bez wentylatorów i uszczelek) przy różnych częstotliwościach napięcia zasilającego, temperatura łożysk 36 C 7.3. Straty mechaniczne przy różnych położeniach silnika Próby wykonano na silniku wielkości 132S4 przy zasilaniu sieciowym. Wyznaczone straty mechaniczne przy różnych położeniach silnika zamieszczono na rys. 7. 36 Pm [W] 32 28 24-90 -45 0 45 90 odchylenie od poziomu [st] Rys.7. Straty mechaniczne przy różnych położeniach silnika Zmniejszanie się strat mechanicznych przy odchylaniu silnika od poziomu wynika ze zwiększania się liczby pracujących kulek w łożyskach co prowadzi do powiększania się grubości filmu olejowego. 8. Wnioski Wyniki badań wskazują, że długotrwała praca silników przy niewielkich prędkościach obrotowych (mniejszych niż 300 obr/min). może prowadzić do szybszego zużywania się łożysk. Przy prędkościach obrotowych silników mniejszych od ok. 70 obr/min w badanych łożyskach występuje stały kontakt metaliczny pomiędzy elementami łożysk. Przy prędkościach obrotowych zawartych pomiędzy ok. 70 do 120 obr/min (silniki nieobciążone) oraz do ok. 300 (silniki obciążone) w łożyskach występuje tarcie półpłynne, tzn. występują chwilowe kontakty metaliczne pomiędzy elementami łożysk. W przypadku obciążonych silników cztero-biegunowych oznacza to, że zasilanie silników napięciem o częstotliwości mniejszej od 10 Hz może powodować pewne zagrożenie dla łożysk. Straty w łożyskach wyznaczono tylko w zakresie tarcia płynnego. W tym przypadku straty w łożyskach są wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej wału, lepkości smaru oraz odwrotnie proporcjonalne do grubości filmu olejowego. Przy większych prędkościach obrotowych widoczny jest wpływ tarcia wirnika o powietrze. Odchylenie nieobciążonego silnika od poziomu powoduje zmniejszenie strat mechanicznych (w łożyskach) na skutek zmiany ilości elementów tocznych w łożyskach będących pod obciążeniem. Literatura [1]. Bowden F.P., Tabor D.: Tarcie i smarowanie PWN Warszawa 1962 [2]. Erdman J.M. i in. : Effect of PWM Inverters on AC Motor Bearing Currents and Shaft Voltages. IEEE Trans. on Industry Appl. vol. 32 nr 2/1996 [3]. Harris T.: Rolling bearing analysis. Wiley 1966 [4]. Krzemień Z.: Prądy łożyskowe powstające w silnikach indukcyjnych zasilanych z falowników PWM. Instytut Elektrotechniki, Warszawa 1999 [5]. Prashad H.: Analysis of the Effects of an Electric Current on Contact Temperature, Contact Stresses and Slip Band Initiation on the Roller Tracks of Roller Bearings. Wear nr 131; 1989 Autor dr inż. Zdzisław Krzemień Instytut Elektrotechniki Warszawa, ul. Pożaryskiego 28 tel. 0228123020, e-mail: z.krzemien@iel.waw.pl