מנועים חשמליים ממלאים תפקיד חיוני בחיי היומיום שלנו - היכן שאנו חיים, עובדים ומשחקים.במילים פשוטות, הם עושים כמעט כל מה שזז, זז.כמעט 70 אחוז מהחשמל שצורך התעשייה משמש מערכות מנוע חשמלי.1

בערך 75 אחוז מהמנועים התעשייתיים הפועלים משמשים להפעלת משאבות, מאווררים ומדחסים, קטגוריה של מכונות שרגישות מאוד לשיפורי יעילות גדולים2.יישומים אלו פועלים לרוב במהירות קבועה, כל הזמן, גם כאשר אין צורך בהם.פעולה מתמדת זו מבזבזת אנרגיה ומייצרת פליטות CO2 מיותרות, אך על ידי שליטה במהירות המנוע, אנו יכולים להפחית את צריכת החשמל, לחסוך באנרגיה ולהפחית את ההשפעה הסביבתית.

אחת הדרכים לשלוט במהירות המנוע היא באמצעות כונן מהירות משתנה (VSD), התקן המווסת את מהירות הסיבוב של מנוע חשמלי על ידי שינוי התדר והמתח המסופקים למנוע.על ידי שליטה במהירות המנוע, כונן יכול להפחית את צריכת החשמל (לדוגמה, הפחתת מהירות הציוד המסתובב ב-20 אחוז יכולה להפחית את דרישות הספק המבוא בכ-50 אחוז3) ולספק שיפור ניכר בבקרת התהליך וחיסכון משמעותי בעלויות הפעולה לאורך החיים מתוך ה-MoAs שימושי כמו VSDs הם לחיסכון באנרגיה ביישומים רבים, הם עלולים לגרום לכשל מנוע מוקדם אם לא מקורקע כהלכה.אמנם ישנן סיבות רבות ושונות לתקלות במנוע חשמלי, אך הבעיה הנפוצה ביותר בעת שימוש בכונן היא כשל במסבים הנגרמים ממתח מצב נפוץ.

נזק שנגרם על ידי מתח רגיל

במערכת AC תלת פאזית, ניתן להגדיר מתח מצב משותף כחוסר האיזון הקיים בין שלושת הפאזות שנוצרו על ידי ההספק המאופנן ברוחב הפולסים של הכונן, או הפרש המתח בין הארקה של מקור הכוח לנקודה הנייטרלית של ה-3. עומס פאזה.מתח נפוץ זה גורם באופן אלקטרוסטטי למתח על הציר של המנוע, ומתח הציר הזה יכול לפרוק דרך הפיתולים או דרך המסבים.עיצובים הנדסיים מודרניים, בידוד פאזה וחוט עמיד בפני דוקר אינוורטר יכולים לסייע בהגנה על הפיתולים;עם זאת, כאשר הרוטור רואה הצטברות של קוצים במתח, הזרם מחפש את הנתיב של ההתנגדות המינימלית לאדמה.במקרה של מנוע חשמלי, נתיב זה עובר ישירות דרך המסבים.

מכיוון שמיסבי המנוע משתמשים בשומן לשימון, השמן בשומן יוצר סרט שפועל כדיאלקטרי, מה שאומר שהוא יכול להעביר את הכוחות החשמליים ללא הולכה.עם הזמן, הדיאלקטרי הזה מתקלקל.ללא תכונות הבידוד של הגריז, מתח הציר יפרק דרך המסבים, ולאחר מכן דרך בית המנוע, כדי להשיג הארקה חשמלית.תנועה זו של זרם חשמלי גורמת לקשתות במיסבים, המכונה בדרך כלל עיבוד פריקה חשמלית (EDM).מכיוון שהקשתות המתמשכת הזו מתרחשת לאורך זמן, שטחי הפנים במירוץ המיסבים הופכים שבירים, וחתיכות מתכת זעירות עלולות להתנתק בתוך המיסב.בסופו של דבר, החומר הפגוע עושה את דרכו בין הכדורים והגזעים של המיסב, וגורם לאפקט שחיקה, שעלול לייצר פיטינג בגודל מיקרון, הנקרא פרוסטינג, או רכסים דמויי לוח כביסה במסלול המיסב, הנקראים fluting.

מנועים מסוימים יכולים להמשיך לפעול ככל שהנזק מחמיר בהדרגה, ללא בעיות בולטות.הסימן הראשון לפגיעה במיסבים הוא בדרך כלל רעש נשמע, עקב כדורי המיסבים הנוסעים על פני האזורים המחורצים והקפואים.אבל עד שהרעש הזה מתרחש, הנזק בדרך כלל הפך מספיק משמעותי כדי שהכשל קרוב.

מבוסס על מניעה

יישומים תעשייתיים בדרך כלל אינם חווים קשיי נשיאה אלה במנועים בעלי מהירות משתנה, אך בהתקנות מסוימות, כגון מבנים מסחריים וטיפול במטען בשדה התעופה, הארקה חזקה לא תמיד זמינה.במקרים אלה, יש להשתמש בשיטה אחרת כדי להסיט את הזרם הזה מהמיסבים.הפתרון הנפוץ ביותר הוא הוספת התקן הארקת פיר לקצה אחד של פיר המנוע, במיוחד ביישומים שבהם מתח מצב נפוץ יכול להיות נפוץ יותר.הארקת פיר היא בעצם אמצעי לחבר את הרוטור המסתובב של המנוע לאדמה דרך מסגרת המנוע.הוספת התקן הארקת פיר למנוע לפני ההתקנה (או רכישת מנוע עם אחד מותקן מראש) יכולה להיות מחיר קטן לשלם בהשוואה לתג המחיר של עלויות תחזוקה הקשורות להחלפת מסבים, שלא לדבר על העלויות הגבוהות של זמן השבתה במתקן.

ישנם מספר סוגים נפוצים של התקני הארקת פיר בתעשייה כיום, כגון מברשות פחמן, מברשות סיבים בסגנון טבעת ומבודדי מיסבים הארקה, ושיטות אחרות להגנה על המיסבים זמינות גם כן.

מברשות פחמן נמצאות בשימוש כבר יותר מ-100 שנים והן דומות למברשות הפחמן המשמשות במקומוטטורים של מנוע DC.מברשות הארקה מספקות את החיבור החשמלי בין החלקים המסתובבים והנייחים של המעגל החשמלי של המנוע ומעבירות את הזרם מהרוטור לאדמה כך שהמטען לא יצטבר על הרוטור עד לנקודה שבה הוא מתפרק דרך המסבים.מברשות הארקה מציעות אמצעי מעשי וחסכוני לספק נתיב עם עכבה נמוכה לקרקע, במיוחד עבור מנועי מסגרת גדולים יותר;עם זאת, הם אינם חפים מחסרונותיהם.כמו במנועי DC, המברשות נתונות לבלאי בגלל המגע המכני עם הפיר, וללא קשר לעיצוב של מחזיק המברשת, יש לבדוק את המכלול מעת לעת כדי להבטיח מגע תקין בין המברשות לבין הפיר.

טבעות הארקת פיר פועלות כמו מברשת פחמן, אך הן מכילות גדילים מרובים של סיבים מוליכים חשמלית המסודרים בתוך טבעת סביב הפיר.החלק החיצוני של הטבעת, שבדרך כלל מותקן על לוחית הקצה של המנוע, נשאר נייח, בעוד המברשות רוכבות על פני ציר המנוע, מכוונות את הזרם דרך המברשות ובבטחה לאדמה.ניתן להרכיב טבעות הארקת פיר בתוך המנוע, מה שמאפשר להשתמש בהן במנועי כביסה ומנועים מלוכלכים.עם זאת, אף שיטת הארקת פיר אינה מושלמת, וטבעות הארקה המותקנות מבחוץ נוטות לאסוף מזהמים על הזיפים שלהן, מה שעלול להפחית את יעילותן.

מבודדי מיסבי הארקה משלבים שתי טכנולוגיות: מגן בידוד דו-חלקי ללא מגע המשתמש בעיצוב מבוך למניעת חדירת מזהמים ורוטור מתכתי וטבעת חוטים מוליכים מבודדים כדי להסיט את זרמי הציר הרחק מהמיסבים.מכיוון שהתקנים אלה גם מונעים אובדן וזיהום של חומרי סיכה, הם מחליפים אטמי מיסבים סטנדרטיים ומבודדי מיסבים מסורתיים.

דרך נוספת למנוע פריקת זרם דרך המיסבים היא לייצר את המיסבים מחומר שאינו מוליך.במיסבים קרמיים, כדורים מצופים קרמיקה מגנים על המסבים על ידי מניעת זרימת זרם הציר דרך המסבים אל המנוע.מכיוון שלא זורם זרם חשמלי דרך מיסבי המנוע, יש סיכוי קטן לבלאי המושרה בזרם;עם זאת, הזרם יחפש נתיב לאדמה, מה שאומר שהוא יעבור דרך ציוד מחובר.מכיוון שמיסבים קרמיים לא יסירו את הזרם מהרוטור, מומלצים רק יישומי הנעה ישירה ספציפיים עבור מנועים עם מיסבים קרמיים.חסרונות נוספים הם העלות עבור סגנון זה של מיסב מנוע והעובדה שהמיסבים זמינים בדרך כלל רק עד מידה 6311.

במנועים גדולים מ-100 כוחות סוס, מומלץ בדרך כלל להתקין מיסב מבודד בקצה הנגדי של המנוע עליו מותקן התקן הארקת הציר, ללא קשר לסגנון הארקת הציר.

שלושה עצות להתקנת כונן במהירות משתנה

שלושה שיקולים למהנדס התחזוקה בעת ניסיון להפחית את מתח המצב המשותף ביישומי מהירות משתנה הם:

1. ודא שהמנוע (ומערכת המנוע) מוארקים כהלכה.
2. קבע את איזון תדר הנשאים הנכון, אשר ימזער את רמות הרעש כמו גם חוסר איזון מתח.
3. אם התקן הארקת פיר נחשב הכרחי, בחר את התקן המתאים ביותר עבור היישום.

כאשר קיים זרם נושא, אין פתרון אחד המתאים לכולם.חיוני ללקוח ולספק המנוע והכונן לעבוד יחד כדי לזהות את הפתרון המתאים ביותר עבור היישום הספציפי.