Электроэрозия вызванная действием блуждающих токов

При работе электроприводов на основе частотных преобразователей возникает ряд специфических эффектов, связанных с высокой частотой коммутации тиристоров и силовых ключей. Одним из наиболее существенных последствий является ускоренное разрушение подшипников, обусловленное появлением высокочастотных контурных токов, замыкающихся с ротора на корпус двигателя через подшипниковые дорожки. Эти токи формируют электрические разряды, приводящие к эрозии контактных поверхностей.

Как правило, дуговые разряды возникают в точках контакта тел качения с дорожками внутреннего или наружного кольца. Прохождение тока вызывает локальные выплавления металла, образование кратеров и микроповреждений смазочной пленки. Смазка при этом деградирует быстрее обычного: интенсивное окисление и термическое воздействие приводят к её потемнению и повышению вязкости, что усугубляет износ.

Как обнаружить проблему

• Рост вибрации и увеличение шумности подшипникового узла.
• Потемнение смазки, появление признаков коксования.
• Повреждения дорожек качения в виде регулярных борозд («рифление»), сероватых матовых участков, кратеров на телах качения.

Электроэрозионные дефекты

Развитие электрической коррозии может происходить очень быстро — иногда в течение нескольких недель. В результате обычный подшипник (не токоизолированный) нередко выходит из строя менее чем за год при наличии электрической нагрузки.

Почему подшипники подвергаются электрическим разрядам

В большинстве промышленных приводов применяются асинхронные электродвигатели, питаемые от полупроводниковых преобразователей частоты. Алгоритм управления на основе ШИМ приводит к высоким частотам коммутации, что вызывает появление синфазных высокочастотных напряжений на роторе. Эти напряжения создают контурные токи, замыкающиеся через подшипники. Дополнительный вклад вносит несимметрия магнитного поля, которая формирует потенциал между концами ротора, побуждая ток проходить через подшипниковый узел как по кратчайшему пути.

Методы защиты подшипников качения от электрической коррозии

Одним из распространённых способов является использование токоизолированных подшипников. На их поверхности наносится керамическое покрытие, создающее изоляционный барьер и препятствующее прохождению тока. Такие подшипники обладают полной взаимозаменяемостью со стандартными моделями, однако их стоимость выше примерно в 6–10 раз. Средний срок службы при электрических нагрузках составляет около 3–3,5 лет, что существенно превосходит ресурс обычных подшипников. Выбор зависит от бюджета и условий эксплуатации оборудования.

Альтернативный вариант: заземляющие кольца JUVTEK K27

Свести к минимуму электроискровой износ и предотвратить разрушение смазки можно посредством организации отвода контурных токов через корпус двигателя. Главная задача — обеспечить безопасное стекание зарядов, исключив пробой зазора в подшипнике. Соответствие таким мерам предусмотрено стандартами ГОСТ Р 55136-2012 и IEC/TS 60034-25:2007 для машин переменного тока, питаемых от преобразователей частоты.

Заземляющие кольца JUVTEK K27 рассчитаны на непрерывную работу на протяжении всего срока службы двигателя и не требуют обслуживания. Токосъём выполняется при помощи высокопрочного углеродного волокна, обеспечивающего стабильный контакт. Заявленный ресурс превышает 200 000 часов. Модели выпускаются в нескольких вариантах крепления: на винтовых соединениях, кронштейнах, эпоксидном токопроводящем клее или под запрессовку — весь крепёж входит в комплект. Для электродвигателей мощностью до ~300 кВт, как правило, достаточно одного кольца; для более мощных машин желательно дополнительно использовать токоизолированный подшипник со стороны, противоположной приводу. Практические данные предприятий подтверждают снижение вибраций и увеличение ресурса стандартных подшипников.

Вывод

При использовании частотного преобразователя важно минимизировать прохождение контурных токов через подшипники. Если применение токоизолированных подшипников не является оптимальным по стоимости, целесообразно установить заземляющее кольцо для отвода токов с ротора, что позволяет продлить срок службы стандартных подшипников и повысить общую надежность электропривода.