De levensduur van elektromotoren verlengen
Hoe afgeschermde kabels schadelijke lagerstromen kunnen verminderen
Bij het bedienen van elektromotoren met frequentieomvormers treden vaak ongewenste lagerstromen op die de levensduur van de wentelcontactlagers aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Wetenschappers van de TU Darmstadt hebben deze lagerstromen onderzocht - en ontdekten dat ze in sommige gevallen kunnen worden verminderd met behulp van afgeschermde motortoevoerkabels.
Lagerstromen zijn ongewenste stromen die optreden tijdens de werking van elektromotoren. Ze stromen door de rollagers die de beweegbare rotor verbinden met de vaste motorstator. Lagerstromen komen vooral voor in aandrijvingen waar het toerental wordt veranderd met behulp van een frequentieomvormer en kunnen aanzienlijke schade aan de lagers veroorzaken. Vooral in gevallen met een ongeschikt aardingsconcept kunnen lagerstromen met hoge stroomdichtheden optreden, die het metaal in de lagerring doen smelten of zelfs stomen. Het resultaat zijn kraters en zogenaamde ribbels in het rollager, die merkbaar worden bij verhoogde trillingen en nog snellere slijtage. Het gevolg is dat het lager vaak al enkele maanden na installatie defect raakt.
Er zijn vier soorten lagerstromen, die elk worden beïnvloed door verschillende factoren en een verschillende mate van impact hebben:
- Capacitieve lagerstromen worden veroorzaakt doordat de spanning over het lager verandert en de stromende stromen compenseert. Deze zijn meestal te klein om schadelijk te zijn.
- Ontlaadstromen (EDM) zijn gepulseerde ontlaadstromen. Ze kunnen optreden als de spanning in het lager over de smeerfilm toeneemt totdat deze elektrisch wordt verbroken.
- Cirkelvormige lagerstromen zijn cirkelvormige stromen in de elektrische machine. Dit wordt veroorzaakt door een hoogfrequente magnetische ringflux rond de as, die een spanning langs de as induceert.
- Rotor-naar-aarde lagerstromen kunnen optreden als de rotor van de elektrische aandrijving extra geaard is via een versnellingsbak of een ander apparaat en de aardimpedantie lager is dan die van de stator. De stroom vloeit proportioneel vanuit het motorhuis door de lagers in de as en over de aardaansluiting van de rotor.
Door het lager echter op de juiste manier te ontwerpen, met hybride of keramische lagers, borstels, filters en aardingsringen, hebben ontwerpingenieurs enkele opties om deze ongewenste stromen te verminderen en te vermijden.
Een beslissend criterium is de keuze van de juiste motorkabel - dit was het resultaat van een studie van het Instituut voor Elektrische Energieomzetting van de Technische Universiteit van Darmstadt, uitgevoerd met medewerking van HELUKABEL.
De wetenschappers vergeleken de optredende lagerstromen voor kabeltypen met en zonder afscherming in verschillende testopstellingen. Daarbij kwamen ze erachter dat met name rotor-naar-aarde lagerstromen aanzienlijk kunnen worden verminderd door afgeschermde kabels te gebruiken.
Afgeschermde kabels zijn een eenvoudige en effectieve methode om rollagers te beschermen tegen voortijdige slijtage en defecten. Een bijkomend voordeel: hun afscherming voorkomt ook ongewenste elektrische straling naar andere apparaten en draagt zo bij aan de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) van het hele systeem. Bij de tests gebruikte het team van de TU Darmstadt HELUKABEL-motorkabels van het type TOPFLEX-EMV-UV-3 PLUS 2YSLCYK-J. Deze dubbel afgeschermde kabel is ontworpen voor storingsvrij bedrijf van frequentieomvormers. Verder is het UV- en weerbestendig en daardoor geschikt voor buitengebruik.
HELUKABEL biedt zijn TOPFLEX-serie aan in vele uitvoeringen volgens verschillende eisen - en heeft een uitgebreid assortiment servo- en feedbackkabels voor industrie en machinebouw.
