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Nov 12, 2023

クリーンパワーの可変周波数ドライブでモーターの寿命を延長

モーターからキュルキュルと唸り声が絶え間なく聞こえます。 この心配なゴロゴロ音は、顕微鏡レベルで毎日ゆっくりと増加します。 ベアリングが劣化し始めている症状です

モーターからキュルキュルと唸り声が絶え間なく聞こえます。 この心配なゴロゴロ音は、顕微鏡レベルで毎日ゆっくりと増加します。 これはベアリングが腐食し始めている症状です。 モーターの専門家は、モーターの故障の 50% はベアリングの欠陥が原因であると述べています。

ベアリングの故障の主な原因 (80%) は機械的なもので、その原因は次のとおりです。

これらの問題は、適切なケアと効果的なメンテナンス計画によって管理できます。 ベアリングの問題の原因は他にもあります。たとえば、可変周波数ドライブ (VFD)、誘導ベアリング電流 (早期劣化を避けるために何らかの処置が必要です)、モーターの故障などです。

VFD は 40 年以上前に初めて導入されて以来、業界に劇的な影響を与えてきました。 パワーエレクトロニクスの使用により、モーターのトルクと速度を正確に制御し、提供される動きをニーズに正確に適合させることができます。 ユーザーはエネルギーの節約を享受し、結果としてモーター トランスミッションやドライブトレインへのストレスを軽減できます。

歴史的に、VFD テクノロジーの利点には代償が伴いました。 非最先端の VFD には、高調波、電磁干渉 (EMI)、デルタ時間に対するデルタ電圧 (dv/dt) などの欠点があり、かさばるフィルタの使用が必要で、ケーブル長が制限されます。

多くのアプリケーションであまり理解されていない現象は、モーターのベアリングを流れる電流であり、一般的にベアリング電流と呼ばれています。 ベアリング電流は、ボールベアリングとベアリングレースのピッチング、溝、フロスティングの根本的な原因です。

電気モーターのベアリングは 100,000 時間の動作に耐えられるように設計されています。 これは、11 年以上毎日継続的に使用したことになります。 ベアリングが故障すると (モーター故障の 50%)、その影響は修理費だけではありません。

最初の結果は、計画外のメンテナンスと生産損失によるコストです。 また、モーターのシャフトに取り付けられた機械的負荷やカップリングが損傷する可能性もあります。 これは、ベアリングの故障の直接の結果として、または故障後に実行される事後保全中に発生する可能性があります。

事後保全に関しては、28% の労働者が事後保全を行っているときに事前保全よりも労働災害が発生する可能性が高いことがいくつかの研究で実証されています。

計画外の事後的なメンテナンスに伴う生産のダウンタイムは、生産の損失、納期の遅れ、収益の損失、生産の損失を補うための人件費の増加、修理自体の費用などの悪影響を及ぼします。

コモンモード電圧は、モーターの中性点とシステム接地間の電圧として定義されます。 中性点から接地までの電圧 (コモンモード電圧) は、相から接地までの電圧を 3 つの電圧の平均和として計算できます。

三相電圧信号で駆動される三相モーターの場合、システムのバランスが取れている場合、これら 3 つの電圧信号は理論的には同じ振幅であり、位相が 120 度ずれています。 このシナリオでは、平衡型交流 (AC) モーターは平衡型三相 AC 電源で駆動する必要があり、コモンモード電圧はゼロになります。

モーターが通常の VFD によって駆動される場合、絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ (IGBT) の高速スイッチングによって 3 つの高周波パルス幅変調 (PWM) 信号が生成されます。 アンバランスであるため、モーターの中性点とシステムの接地間にゼロ以外の電圧 (コモンモード電圧) の差が発生します。

AC モーターの構造とこの高周波 PWM 信号の組み合わせにより、モーターの浮遊容量 (寄生容量とも呼ばれる) が無視できなくなります。

浮遊容量回路は、モーターが回転し、コモンモード電圧がゼロでない場合のシャフト電圧の源となります。 PWM の高周波により、このシャフト電圧によりベアリング潤滑剤を介してスパークやアーク放電が発生し、ベアリング レースにピッチングやフルーティングが発生する可能性があります。