جریان گودال در موتورهای الکتریکی: علت پنهان خرابی استوانه

مقدمه: قاتل خاموش یاتاقان‌ها

آیا تا به حال با خرابی‌های مکرر و غیرقابل توضیح یاتاقان‌ها در موتورهای الکتریکی خود مواجه شده‌اید؟ با وجود روغن‌کاری، تراز و شرایط بار مناسب، یاتاقان‌ها زودتر از موعد فرسوده می‌شوند؟

مقصر ممکن است مکانیکی نباشد — می‌تواند یک تهدید الکتریکی نامرئی باشد: جریان شفت.

این پدیده که اغلب نادیده گرفته می‌شود می‌تواند باعث آسیب فاجعه‌بار به یاتاقان‌ها شود و منجر به خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده، تعمیرات پرهزینه و کاهش طول عمر موتور شود. درک چگونگی شکل‌گیری جریان شفت — و چگونگی متوقف کردن آن — برای حفظ عملکرد قابل اطمینان موتور ضروری است.

جریان شفت چیست؟

جریان شفت یک جریان الکتریکی ناخواسته است که از طریق شفت موتور و یاتاقان‌های آن جریان می‌یابد. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که یک اختلاف ولتاژ — که به عنوان ولتاژ شفت شناخته می‌شود — روی شفت چرخان ایجاد می‌شود.

هنگامی که این ولتاژ مسیری برای اتصال به زمین پیدا می‌کند — معمولاً از طریق یاتاقان‌ها — جریان از طریق آن‌ها عبور می‌کند و باعث آسیب پیشرونده و اغلب غیرقابل برگشت می‌شود.

ولتاژ شفت چگونه تولید می‌شود؟

عوامل متعددی می‌توانند باعث القای ولتاژ روی شفت موتور شوند. رایج‌ترین منابع عبارتند از:

• عدم تقارن مغناطیسی

نقص در مدار مغناطیسی موتور — مانند شکاف‌های هوایی ناهموار یا ناسازگاری در لمینیت‌های استاتور/روتور — یک میدان مغناطیسی نامتعادل ایجاد می‌کند. این عدم تعادل مانند یک ژنراتور کوچک عمل می‌کند و ولتاژی را در شفت القا می‌کند (فرآیندی به نام القای مغناطیسی).

• درایوهای فرکانس متغیر (VFD)

VFDهای مدرن از IGBTهای با سوئیچینگ سریع استفاده می‌کنند که ولتاژهای حالت مشترک با فرکانس بالا تولید می‌کنند. این ولتاژها به صورت خازنی به شفت موتور متصل می‌شوند، به خصوص در کابل‌های طولانی یا نصب‌های بدون محافظ.

این عامل اصلی جریان شفت در موتورهای صنعتی امروزی است.

• ایجاد الکترواستاتیک

در برخی موارد، بارهای استاتیک به دلیل اصطکاک از درایوهای تسمه‌ای، فن‌های خنک‌کننده یا جریان هوا روی روتور جمع می‌شوند. اگرچه کمتر رایج است، اما این می‌تواند ولتاژ کافی برای تخلیه از طریق یاتاقان‌ها ایجاد کند.

جریان شفت چگونه یاتاقان‌ها را از بین می‌برد

یاتاقان‌ها اجزای مکانیکی هستند — نه هادی‌های الکتریکی. هنگامی که جریان از آن‌ها عبور می‌کند، حتی با آمپراژ کم، باعث آسیب شدید از طریق ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی (EDM) می‌شود.

فرآیند آسیب:

میکرو-آرک: جریان بین عناصر نورد (توپ/غلتک) و مسیرها پرش می‌کند.

ذوب موضعی: هر تخلیه گرمای شدیدی (هزاران درجه سانتی‌گراد) ایجاد می‌کند و دهانه‌های میکروسکوپی را در سطح فولاد ذوب می‌کند.

گودافتادگی و شیار: با گذشت زمان، این گودال‌ها در امتداد برجستگی‌های ریتمیک و تخته‌شویی در سراسر مسیر قرار می‌گیرند — الگویی که به عنوان شیار شناخته می‌شود.

خرابی پیشرونده:شیار باعث افزایش لرزش، صدا و دما می‌شود. در نهایت، یاتاقان به طور فاجعه‌باری از کار می‌افتد.

سرنخ بصری: اگر یک الگوی موج‌دار یا یخ‌زده را در داخل یک یاتاقان خراب مشاهده کردید، احتمالاً جریان شفت علت آن است.

چگونه از آسیب جریان شفت جلوگیری کنیم

پیشگیری بر یک هدف متمرکز است: منحرف کردن یا مسدود کردن جریان قبل از رسیدن به یاتاقان‌ها.

1. نصب حلقه‌های اتصال به زمین شفت

یک راه‌حل مقرون به صرفه و قابل اعتماد.

از میکروفیبرهای یا برس‌های رسانا برای تماس با شفت استفاده می‌کند.

یک مسیر کم امپدانس به زمین فراهم می‌کند و به طور کامل یاتاقان‌ها را دور می‌زند.

ایده‌آل برای موتورهای VFD.

2. استفاده از یاتاقان‌های عایق‌دار

دارای یک پوشش سرامیکی (به عنوان مثال، آلومینا پاشیده شده با پلاسما) روی حلقه بیرونی یا داخلی.

مدار الکتریکی را قطع می‌کند و از جریان یافتن جریان از طریق یاتاقان جلوگیری می‌کند.

اغلب در انتهای غیر محرک (NDE) موتور استفاده می‌شود.

3. برس‌های اتصال به زمین

برس‌های کربنی یا مسی ساده که با شفت تماس می‌گیرند.

دوام کمتری نسبت به حلقه‌های اتصال به زمین دارند اما برای کاربردهای کم سرعت یا سبک‌کار مؤثر هستند.

4. نصب صحیح موتور و درایو

از کابل‌های موتور محافظ‌دار و روش‌های اتصال به زمین مناسب استفاده کنید.

طول کابل بین VFD و موتور را به حداقل برسانید.

فیلترهای سینوسی یا فیلترهای dv/dt را برای کاهش ولتاژ حالت مشترک در نظر بگیرید.

نتیجه‌گیری: از سرمایه‌گذاری خود محافظت کنید

جریان شفت یک تهدید خاموش اما جدی است — به ویژه در سیستم‌های مدرن و کنترل‌شده توسط VFD. در حالی که علائم ممکن است تا زمان خرابی مورد توجه قرار نگیرند، راه‌حل هم قابل پیشگیری و هم مقرون به صرفه است.

با تشخیص علائم — مانند شیار در یاتاقان‌های خراب — و اجرای اقدامات حفاظتی مانند حلقه‌های اتصال به زمین یا یاتاقان‌های عایق‌دار، می‌توانید:

طول عمر یاتاقان و موتور را افزایش دهید

هزینه‌های نگهداری را کاهش دهید

از خرابی‌های غیرمنتظره جلوگیری کنید

اجازه ندهید یک جریان نامرئی عملیات شما را به خطر بیندازد. از موتورهای خود محافظت کنید. از بهره‌وری خود محافظت کنید.

آیا به یاتاقان‌های با دقت بالا مقاوم در برابر فرسایش الکتریکی نیاز دارید؟

در Beining Intelligent Technology، ما یاتاقان‌های عایق‌دار، یاتاقان‌های سرامیکی هیبریدی و راه‌حل‌های سفارشی طراحی شده برای موتورهای VFD، روباتیک و دوک‌های با سرعت بالا ارائه می‌دهیم.

برای پشتیبانی فنی یا توصیه‌های محصول با ما تماس بگیرید.