Wellenspannung und Lagerströme

Lagerströme sind hochfrequente Ströme, die durch Spannung auf der Motorwelle verursacht werden und die sich durch die Motorlager entladen. Bei Elektromotoren, die mit Netzspannung betrieben werden, stellt dies selten ein Problem dar. Frequenzumrichter (FUs) geben jedoch eine pulsweitenmodulierte Spannung ab, die für umrichtergespeiste Motoren ein großes Problem darstellen kann.

Beim Betrieb mit FUs erfolgt die Energiezufuhr zum Motor mittels einer Reihe positiver und negativer Impulse und nicht in einer gleichmäßigen Sinuswelle. Daher ist die Eingangsspannung
niemals ausgeglichen, da die Spannung entweder positiv oder negativ ist und in allen drei Phasen schnell zwischen Plus- und Minuszuständen umschaltet.

Die durchschnittliche Spannung zwischen den drei Phasen wird Gleichtaktspannung genannt. Sie hat normalerweise eine „Rechteck-“ oder „6-Stufen-Spannungswellenform”.

Die beiden zerstörerischen Arten von Lagerströmen in gut geerdeten FU-gespeisten Motoren sind kapazitiver EDM-Strom und hochfrequenter Zirkularstrom

Ein Elektromotor funktioniert wie ein Kondensator. Die Gleichtaktspannung des FU erzeugt eine kapazitiv gekoppelte Spannung am Rotor und der Welle des Motors. Diese Wellenspannung entlädt sich durch einen Lichtbogen über die Lager zum Motorgehäuse. Bei dieser Lichtbogenbildung handelt es sich um kapazitiven EDM-Strom.

Die Wellenspannungen können mit einem AEGIS-Wellenspannungsprüfgerät, einem digitalen Oszilloskop und einer AEGIS SVP-Wellenspannungstastspitze gemessen werden. Entladungen erscheinen als sehr schnelle vertikale Änderungen der Spannung.

Diese Entladungen, die zehntausende Male pro Sekunde auftreten können zersetzen das Lagerfett und erzeugen elektrische Entladungsgrübchen (EDM): Tausende mikroskopisch kleiner Vertiefungen im Lagerlaufring. Diese Grübchen und das geschädigte Fett erzeugen erhöhte Reibung und Geräusche im Motor. Mit der Zeit kann das Lager Streifen, sogenannte Riffelungen und noch mehr Geräusche entwickeln. Sobald Riffelungen hörbar sind droht ein Lagerschaden.

Hochfrequenzstrom am Ausgang des FUs bewegt sich kapazitiv zum Motorgehäuse und wandert dann durch das Gehäuse zur Erde. Während dieser Strom durch das Motorgehäuse fließt, erzeugt er einen hochfrequenten magnetischen Fluss im Motor. Dieser Fluss induziert wiederum eine hochfrequente durchgehende Spannung an der Welle. Bei großen Motoren mit mehr als ca. 75 kW ist diese Wellenspannung von Ende zu Ende groß genug, um einen hochfrequenten Umlaufstrom durch die Lager zu treiben.

Dieser Zirkularstrom bewegt sich über ein Lager von der Welle zum Gehäuse und über das andere vom Gehäuse zur Welle. Das Endergebnis ist, dass zwischen Welle und Motorgehäuse Strom zirkuliert, wodurch beide Lager gleichzeitig beschädigt werden.

Obwohl in allen FU-gesteuerten Motoren ein hochfrequenter Fluss vorhanden ist, ist der Fluss normalerweise nur stark genug, um bei größeren Motoren über ca. 75 kW einen Zirkularstrom zu verursachen. Eine kapazitive Wellenspannung hingegen ist in allen FU-gesteuerten Motoren vorhanden, sodass diese immer anfällig für kapazitiven EDM-Strom sind.

Das Messen der Wellenspannung an FU-gesteuerten Motoren liefert Ihnen wertvolle Informationen, um festzustellen, ob ein potenzielles Risiko von Lagerschäden durch elektrische Entladungen besteht. Wir empfehlen die Messung und Dokumentation der Wellenspannungswerte mit dem digitalen Oszilloskop AEGIS Shaft Voltage Tester.

Beispiele von Wellenspannungsmesseungen:

• Hohe Spitze-zu-Spitze-Gleichtaktspannung
• EDM-Entladungsmuster mit hoher Amplitude
• Spannungsentladungsmuster mit niedriger Amplitude

Erfahren Sie in unserem Handbuch mehr über die Identifizierung von Wellenspannungstypen und die richtige Lösung zu deren Vermeidung.

Das AEGIS® Handbuch zum Lagerschutz erklärt Ihnen, wie Lagerschäden entstehen und welche Schritte erforderlich sind, um diese Schäden zu verhindern. Laden Sie Ihr Exemplar herunter und erfahren Sie, wie Sie die besten Praktiken für den Lagerschutz in neuen und reparierten Motoren anwenden, in Betrieb befindliche Motoren testen und beschädigte Motoren prüfen. Unser Leitfaden ist in mehreren Sprachen verfügbar, sodass Sie unabhängig von Ihrem Standort auf diese wertvollen Informationen zugreifen können.

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