Pienten oikosulkumoottoreiden laakerivirrat

Abstract

Laakerin toiminta ja käyttöikä vaikuttavat koko moottorin toimintaan. Hyvän ja toimivan laakerin käyttö pidentää koneen käyttöikää. Mekaanisen rasituksen lisäksi laakeriin kohdistuu myös sähkövirrasta aiheutuva rasitus. Työn tarkoituksena on selvittää pienten sähkömoottorien (nimellisteholtaan alle 30 kW) laakerivirtoja ja keinoja niiden ehkäisyyn. Nykyisessä niin sanotussa uudessa moottorimallissa laakerivirtojen määrä on lisääntynyt huomattavasti, joten testien ja teorian pohjalta pyritään määrittämään uuden ja vanhan moottorityypin eroja.

Laakerivirtoja synnyttää vaihtovirtakoneen staattorin indusoima, koneen sisäinen yhteismuotoinen jännite. Yhteismuotoinen jännite on vaihejännitteiden summa ajanhetkellä. Heilahteluja yhteismuotoisessa jännitteessä saa aikaan taajuusmuuttajien syöttämän kolmivaihejännitteen epäsymmetria. Suuritaajuiset laakerivirrat voidaan jakaa kiertäviin virtoihin, akselin maadoitusvirtoihin ja kapasitiivisiin purkausvirtoihin. Kapasitiiviset virrat ovat yleisimpiä pienissä moottoreissa.

Kaapeloinnin toteutustavalla, kaapelityypillä, maadoituksella sekä laakerin eristyksellä on hyvin tärkeä merkitys laakerivirtojen ehkäisyssä. Kapasitiivisesti kytkeytyviä laakerivirtoja vastaan paras ja kestävin ratkaisu on muokata koneen laakerijännitesuhdetta. Laakerivirtaongelmiin ei laakerijännitesuhteen muokkaamisen lisäksi ole yksiselitteistä ratkaisumenetelmää, sillä laakerivirroille on useita erilaisia syntymissyitä. Toiset ratkaisumenetelmät voivat jopa pahentaa tilannetta jos laakerivirtojen syy on ratkaisulle sopimaton.

Taajuusmuuttajat ovat merkittävin lisääntyneiden laakerivirtaongelmien lähde. Testien pohjalta havaittiin, että myös eri valmistajien taajuusmuuttajilla on eroja akselijännitteissä. Taajuusmuuttajien toimintaperiaate sekä kytkentätaajuus vaikuttavat akselijännitteiden tasoon. Uuden ja vanhan moottorityypin välille saatiin mittauksissa varsin merkittäviä eroja. Uudessa moottorissa akselijännitteet olivat huomattavasti vanhaa moottoria korkeammat. Myös uuden koneen kapasitanssiarvot olivat suurempia ja ne näyttivät kytkeytyvän pienemmillä taajuuksilla. Tämä saattaakin olla syy korkeampiin akselijännitteisiin. Moottorin sähköinen rakenne vaikuttaa sisäisiin kapasitansseihin.