Dlaczego w-silnikach zasilanych częstotliwością liniową występuje prąd na wale

Dwa podstawowe warunki wytwarzania prądu to napięcie i obwód zamknięty. Prąd na wale może powstać tylko wtedy, gdy napięcie na wale występuje wzdłuż zamkniętej ścieżki przewodzącej. Dlaczego zatem w silnikach pracujących z częstotliwością sieci przemysłowej pojawia się napięcie na wale? Dwa mechanizmy korzeniowe generują napięcie na wale w maszynach wirujących: zmienny strumień magnetyczny i akumulacja ładunku statycznego.

Napięcie na wale indukowane przez zmienny strumień magnetyczny jest ciągłe i okresowe. W normalnych warunkach pracy wirnik silnika obraca się w symetrycznym, sinusoidalnym, zmiennym polu magnetycznym. Zmienna siła elektromotoryczna (EMF) indukowana, gdy wirnik przecina strumień magnetyczny, generuje zrównoważone prądy przemienne, więc w idealnych scenariuszach nie występuje asymetryczne napięcie między dwoma końcami wału wirnika. Jednakże nierówna rezystancja magnetyczna rozłożona obwodowo wzdłuż rdzenia stojana tworzy niezrównoważone zmienne pole elektromagnetyczne, które z kolei wytwarza osiowo skierowane napięcie na wale. Natomiast napięcie na wale pochodzące z ładunków statycznych jest przerywane i nie-okresowe. Podczas pracy silnika tarcie pomiędzy ładunkami płynu procesowego a obracającymi się elementami powoduje powstawanie ładunku statycznego na zespole wirnika; ciągłe gromadzenie się ładunku powoduje następnie powstawanie napięcia na wale.

W przypadku średnich i dużych silników prądu przemiennego, gdy na wale wirnika utworzy się przewodząca pętla zamknięta,prąd wałupojawi się, charakteryzujący się typową charakterystyką niskiego napięcia z dużym prądem. Wał i tuleje łożyskowe są oddzielone olejem smarowym, a łożyska silnika są osadzone na filmie olejowym. Biorąc pod uwagę stosunkowo niską wielkość napięcia na wale, izolacyjny film olejowy zasadniczo pozostaje nienaruszony i nie ulega uszkodzeniom.

Podczas-szybkiego obrotu wirnika, smar o niskiej jakości lub niewystarczający dopływ oleju powoduje przerwanie filmu olejowego, powodując bezpośredni metaliczny kontakt wału i tulei łożyskowej. Obwód zamknięty natychmiast tworzy się na napięciu na wale, powodując przebicie niskiego-napięcia. Powstały prąd na wale osiąga natychmiastowo wartość kilkuset, a nawet tysięcy amperów, wystarczającą do wypalenia czopa wału i tulei łożyskowych.

Ładunek statyczny generowany przez tarcie robocze gromadzi się stopniowo na wale, stale podnosząc potencjał wału w miarę ładowania. Rozładowanie następuje natychmiast, jeśli obracający się wał zetknie się z jakimkolwiek stacjonarnym elementem zewnętrznym. Jeśli wał pozostanie odizolowany od-nieobracających się części, ładunek statyczny będzie się gromadził, aż do wytworzenia nadmiernie wysokiego napięcia. Gdy napięcie to przekroczy wytrzymałość dielektryczną filmu olejowego w łożysku, następuje szybkie rozładowanieprąd wału.

Prąd ten przepływa przez zamkniętą pętlę złożoną z obracającego się wału, pierścienia wewnętrznego łożyska, pierścienia zewnętrznego łożyska i obudowy łożyska. Najbardziej oczywistą oznaką awarii jest niewielka, głęboka korozja wżerowa na powierzchni czopa i wewnętrznej bieżni łożyska, spowodowana wyładowaniem łuku elektrycznego. Takie wżery destabilizują tworzenie się i integralność filmu olejowego oraz niszczą dokładne pasowanie pomiędzy wałem a łożyskiem, powodując, że łożysko nie nadaje się do użytku. W ciężkich przypadkach na powierzchniach styku czopa wału i tulei łożysk tworzą się intensywne łuki elektryczne z powodu dużych obciążeńprąd wału, poważnie uszkadzając te elementy. Prowadzi to do nadmiernych wibracji silnika i nietypowego hałasu, co ostatecznie uniemożliwia normalną pracę silnika.