Boken är upplagd ungefär på samma sätt som vi under cirka femton år umgåtts med EDM och närliggande problem:

Transkript

1 EDM-handbok I den här ganska personligt hållna handboken har vi samlat information om elektriskt orsakade lagerskador, så kallad EDM. Hur, var och varför de uppstår, hur de kan mätas och klassificeras, hur de kan undvikas eller bekämpas och hur man sköter den periodiska tillsynen. Allt detta är ganska ny kunskap och detta är oss veterligen första gången den presenteras i samlad form på svenska eller något annat språk. Boken är upplagd ungefär på samma sätt som vi under cirka femton år umgåtts med EDM och närliggande problem: Först kom praktiken i form av drivsystem som hade oförklarliga lagerproblem, därefter sökandet efter förklaringar och teoribyggande. Det är detta som avsnittet Praktikfall handlar om. Där beskrivs ett stort antal typiska och även ovanliga fall mycket detaljerat med mätningar, skisser, simuleringar. Underlag för detta avsnitt är våra rapporter från tidigt nittiotal till mitten av Nästa avsnitt, som handlar om felmekanismer, heter just det: Felmekanismer. Här beskrivs de tre dominerande felmekanismerna, plus ett antal speciella fall som likströmsmaskiner som delar nät med frekvensomriktare, svetsskador orsakade av felströmmar i jordlinenät, speciella fenomen orsakade av magnetisk koppling mellan enkelledare för likström och PE-ledare. Och en del annat. Avsnittet Mätning och klassificering av EDM kommer därefter. När vi tyckte oss förstå fenomenen tillräckligt väl kom behovet att kunna mäta och klassificera störningarna på ett tillförlitligt sätt och slutligen växte mätmetoder fram. Först rent analoga och med tiden mer automatiserade mikroprocessorbaserade instrument med flera processorer och människovänlig panel/display. Det senaste instrumentet PC-Beppe är ett litet (140x180 mm) handhållet instrument där operatören styrs genom mätningen och upp till fyrtio mätningar kan lagras avbrottssäkert för senare överföring till PC via USB. Avsnittet därefter handlar om utveckling av motmedel. De närmast till hands liggande teknikerna var jordningsborstar och isolerad inbyggnad av lagren. SKF hade redan tagit fram sitt Insocoatlager med isolerande keramisk beläggning av ytterringen och så kallade hybridlager kom också under denna tid. Hybridlagren har missuppfattats något; de har inte stålkulor plus en keramikkula som slipar lagerbanorna! De har stål i innerring och ytterring och samtliga kulor är gjorda av keramiskt materiel, ofta kiselnitrid med tillsatser. Det är mixen av stål och keramik som gett upphov till benämningen hybridlager. En intressant typ av jordningsborstar, som tillverkas av det amerikanska företaget ETS och använder sig av ett närmast kvantmekaniskt fenomen i sina kolfiberbaserade axeljordningsringar, har börjat göra sig gällande de senaste åren (2006 och framåt). Ledande fett och ledande remmar berörs kort. Därefter kommer ett avsnitt som är den egentliga handboksdelen. Där ges erfarenhetsdata, riktvärden, rekommenderade tekniker och mycket annat. Bland annat beslutsträd för val av motmedel vid EDM. Boken avslutas med en presentation av det kommande ronderingsprogrammet, som medger planering på PC och nerladdning av jobb till PC-Beppe så att en operatör styrs från objekt till objekt via displayen, gör sina mätningar, som automatiskt lagras i icke-flyktigt minne och sedan för över dem till den PC-baserade databasen. Här diskuteras också möjligheter att göra säkra bedömningar

2 direkt i mätutrustningen. En sådan expertfunktion skulle i så fall leda till en funktion med tre rekommendationer: OK, VARNING och LARM. Problemet med en sådan funktion är att fånga upp marginella fall på ett säkert sätt samtidigt som antalet larm inte får bli så stort att man tappar respekten för dem. Vi avslutar inledningen med ett intressant dokument, som vi hittade i gamla dammiga pappershögar när vi sökte material för den här boken (företagsnamnet borttaget): Det är intressant att se hur teorin om elektrostatisk uppladdning var gångbar för cirka tio år sedan. Den felmekanismen orsakar i dag väldigt få problem. Mina beräkningar kring kapacitivt kopplad energi som följd av PWM från frekvensomriktare togs inte riktigt på allvar det kanske var därför vi inte kom att samarbeta. Det har för övrigt senare visat sig vara den felmekanism som dominerar i effektområdet under ca 50 kw. Jag antar att det är OK att publicera detta fax nu efter mer än tio år. Det är intressant som teknikhistoriskt dokument.

3 Avdelning ett Praktikfall I denna samling av cases från mer än ett decennium visas olika situationer där lagerskador uppstått på grund av frekvensomriktare, felaktig installation, utjämningsströmmar och extern energi. Varje case presenteras med en skiss eller bild på systemet, mätresultat före och efter åtgärder samt en sammanställning av nyckeldata. Till grund för sammanställningen ligger rapporter porter från olika uppdrag i Sverige, USA, Frankrike, Tyskland och England. Teknikutvecklingen syns tydligt de första oscilloskopbilderna är från äldre Yokogawaskop och Flukeskop medan de senare är från LeCroyskop och olika USB-skop som kopplats direkt till mätdatorn. I skisserna används genomgående följande färger för olika anläggningsdelar: Ett tidigt fall, början på nittiotalet. 690 kw frekvensstyrd motor I början visste vi egentligen inte vad vi letade efter och vi förstod inte mycket av vad vi såg. Så här var det i alla fall: Pressdrift på pappersmaskin. 500 V nät, 690 kw motor, omriktare med 8 khz switchfrekvens. Skador på motorlager. Lagrens gångtid var ungefär ett halvår och vibrationsteknikerna kunde larma i tid så att inga stora haverier uppstod. Bilder på installationen finns inte. Skissen nedan visar hur det såg ut: Motor, växel, driven maskin. Ledande kopplingar. Inga jordningsborstar. Ingen potentialutjämning.

4 Mätning av axelspänningen visade tydlig motfasspänning med genomslag i lagren. Bild nedan: Kanal A visar spänningen på NDE och kanal B visar DE. Oscillogrammet visar tydligt hur spänningen på NDE går negativt samtidigt som den går positivt på DE. Vid cirka -17 V bryter oljefilmen i lagret på NDE samman så att rotorns orns potential lyfts cirka 17 V, vilket avspeglas i att DE också lyfter och därefter svänger dämpat med rotorns egenfrekvens. Prov med isolerad inbyggnad av ena lagret den klassiska metoden att förhindra cirkulerande ström var inte till någon hjälp. Tydliga EDM-urladdningar kunde ändå mätas i det oisolerade lagret. Det var till en början oförklarligt. Alla var ju överens om att det var cirkulerande ström som orsakade lagerströmmar. Det var i alla fall vad de stora lagertillverkarna sade i sina applikationsskrifter. Kom ihåg att detta var cirka femton år sedan och det tar tid för nytt tänkande att tränga igenom. I det här fallet var tänkandet dessutom så nytt att vi knappast förstod själva hur nytt det var. Bilden nedan visar att det faktiskt inte handlar om en cirkulerande ström utan en urladdning av rotorkapacitansen genom lagret. I denna modell av skeendet har vi infört rotorns kapacitans mot statorn. Av pedagogiska skäl har vi ritat den som två lika stora kondensatorer som är anslutna mellan rotorns mittpunkt och statorn. Kapacitansen är förstås distribuerad längs och runt om hela luftgapet. Men fysikens lagar gör en sådan förenkling möjlig och tillåten. Kapacitanser motsätter sig snabba spänningsändringar. När det alltså induceras en växelspänning i axeln så vill kapacitansen hålla medelvärdet av denna växelspänning på noll. Resultatet blir att axeln potential tippar åt ena eller andra hållet. I bilden tippar NDE neråt och DE uppåt. När spänningen över lagret på frisidan når till lagrets genomslagsspänning så sker förstås ett genomslag, EDM. Rotorkapacitansen laddas ur, men den inducerade spänningen i axeln upprätthålls

5 av den pågående flödesändringen. Urladdningen sker på några tiotals nanosekunder men flödesändringen tar upp mot en eller två mikrosekunder. Resultatet blir att axelspänningen parallellförskjuts i positiv riktning (pilen vid vänstra lagret) så att spänningen över drivsidans lager ökar ytterligare. Det kan leda till ett nytt t genomslag i drivsidans lager eller ej. Allt beroende på hur fettfilmens genomslagshållfastehet råkar vara i just det ögonblicket. I detta fall sker inget sekundärt genomslag, se undre kanalen i oscilloskopbilden. Hur skulle det se ut med ett isolerat lager i detta fall? Nästa bild visar detta. De gula fälten är isolering. Tja, eftersom drivsidans lager inte deltar i det inledande skeendet så kommer det inte heller att påverka det. Urladdning av rotorkapacitansen kommer att ske precis som förut. Vad som sedan sker på sidan med det isolerade lagret kan diskuteras. De snabba spänningssprången tar sig lätt igenom även ganska små kapacitanser. Men, visst är låg kapacitans i urladdningskretsen gynnsam. Man kan nog tänka sig att isolationen reducerar skadeutvecklingen i det högra lagret. Men någon garanti för evigt liv kan man inte ge. Långa diskussioner och upprepade mätningar ledde fram till insikten att det faktiskt inte handlar om cirkulerande ström utan om urladdning av rotorkapacitansen. Det tar alltid tid att göra sig fri från inlärda kunskaper. Och detta var så nytt och så helt emot common wisdom att det tog ett tag innan vi själva kunde acceptera att vi faktiskt hade en ny och korrekt modell av skademekanismen i en omriktarmatad motor. Och ännu svårare var det att övertyga andra. XXX kan väl inte ha fel? var ett vanligt argument. Byt ut XXX mot lämplig kombination av bokstäverna A, G, F, K, N, R, S. Då isolerad inbyggnad inte hjälpte, och när vi förstått varför, så måste ytterligare något göras. Lösningen blev att jorda frisidans axelände med ett SGS jordningsdon. Några bevarade registreringar finns inte. Men att spänningen över frisidans lager blev mycket nära noll vill vi minnas. Drivsidan isolering utfördes som ett isolerat lagersäte i stället för att sätta in ett insocoatlager. Det gav en betydligt lägre kapacitans och bidrog säkerligen till att de urladdningar i drivsidans lager, som

6 vi faktiskt kunde se, var lågenergetiska och så vitt vi vet inte ger några problem med det lagrets gångtid. Bilden nedan visar hur den isolerade inbyggnaden utfördes: I efterhand kan sägas att de åtgärder som vidtogs egentligen var helt fel. Eftersom problemen orsakades av common-modeströmmar som åstadkom pulserande växelfält och inducerade spänning i motoraxeln så hade förstås ett bra common-modefilter varit den rätta lösningen. Men, dels var de tämligen okända, dels verkade det som om det vi gjorde hade funktion. Några ytterligare samtal om just denna drift förekom inte. Sammanfattning 690 kw frekvensstyrd motor 1. Driften följde det klassiska mönstret med motfas spänning på de båda axeländarna. Typiskt för motorer i 200+ kw storleksordning. 2. Isolerat inbyggt lager räckte inte. Kapacitansen mellan rotor och stator gjorde att isoleringen inte alls hade den inverkan som den klassiska teorin om lagerströmmar sade. 3. Genom att jorda axeln på motsatt sida kunde lagerskadorna reduceras till rimlig nivå. Den låga kapacitansen i den isolerade inbyggnaden 4. Eftersom detta var ett typiskt fall av inducerad axelspänning hade ett bra commonmodefilter varit den riktiga lösningen.

7 Våg av lagerskador I ett nybyggt kraftvärmeverk visade det sig att bland annat matarvattenpumpar och primärluftfläkt hade kort gångtid på lagren. Typiskt utförande var motor, i vissa fall isolerande koppling, pump. Motor och pump/fläkt var monterad på gemensamt stålfundament. När vi kontrollerade axelspänningarna visade det sig att de stora drifterna hade motfas axelspänning och de mindre hade likfas axelspänning. En av de mindre drifterna hade mycket låg axelspänning. Att vi hade motfas axelspänning på de stora drifterna var väntat. Det är först när dimensionerna blir lite större som axeln blir så lång att påtaglig spänning induceras i den Däremot var det oväntat att de mindre drifterna skiljde sig åt. Efter litet funderande och mätande kom vi fram till att driften med låg axelspänning hade en ledande koppling mot pumpen medan den med hög axelspänning hade isolerad koppling. I det förra fallet fungerade pumphjulet och vattnet i pumphuset plus den ledande kopplingen som jordningsborste för motorn medan den isolerade kopplingen gjorde att all spänning blev kvar i rotorn och sökte sig till jord via lagret. Av dessa två nästan identiska pumpdrifter var det bara den med isolerande koppling som hade kort gångtid på lagren. Den med ledande koppling visade inga tendenser till förhöjd vibration. Ledande koppling Isolerande koppling Leverantören av kraftvärmeverket var mycket överraskad medan vi på GKE hade hunnit samla på oss så pass mycket kunnande att vi kunde förklara (åtminstone till en del) vad som försiggick i lagren. Vad vi inte hade så bra grepp om var hur effektiva olika motmedel var. Leverantören visade prov på ovanlig framsynthet och föreslog att vi skulle prova ett antal olika metoder på de olika systemen och låta tiden utvisa vilka metoder som fungerade. Vi valde att prova jordningsborstar, du/dt-filter och common-modefilter. Bilderna nedan visar de olika motmedlen på plats:

8 Du/dt-filter (komplext) Common-modefilter Improviserad jordningsborste Du/dt-filtret är tämligen komplext. Det innehåller inte bara reaktorer och kondensatorer utan också dioder för begränsning och dämpning av den svängning som startas av varje PWM-puls. Utan denna begränsning och dämpning uppstår annars högfrekvent ringning som värmer reaktorernas järnkärnor. Dioderna är anslutna till omriktarens likspänningsmellanled och ger på så sätt en viss återmatning av den energi som annars skulle ha värmt reaktorkärnorna. Någon större energivinst ger det inte, men det minskar värmen i komponenterna. Andra du/dt-filter av betydligt enklare slag finns. De utgörs ofta av enkla reaktorer med parallellmotstånd som absorberar svängningsenergin. Viss värme utvecklas, men inte värre än att dessa filter kan monteras i slutna kapslingar. Anläggningen har följts under åren. Det visar sig att samtliga motmedel fungerar bra. I just detta fall (400 V TN-C nät) är det alltså endast en fråga om kostnad och underhållsinsats som avgör. Det komplexa du/dt-filtret kostade cirka 70 ksek, common-modefiltret bjöd leverantören på och jordningsborsten hade också tämligen låg materielkostnad på grund av att den tillverkades av sånt som fanns. Montagekostnaden blev dock ganska hög på grund av det begränsade utrymmet. Ett faktum, som är värt att notera, är att jordningsborsten slutade fungera efter några veckor. Detta upptäcktes vid en rutinkontroll och visade sig bero på att en isolerande beläggning bildats på axeln (borsten går direkt mot axeln). Genom att slipa bort beläggningen med smärgelduk och rugga upp ytan så att grafiten fick fäste kunde längre gångtider åstadkommas. Detta, att jordningsborstar kräver periodisk tillsyn, är deras stora nackdel. Detta blir allt mer tydligt ju flera motorer som utrustas med frekvensomriktare och ju fler jordningsborstar som installeras. Problemet är att man inte kan mäta axelspänningen med vanliga multimetrar. De aktuella spänningarna är i och för sig tillräckligt höga, men deras utsträckning i tid är endast i undantagsfall sådan att normala multimetrar hänger med. För att detektera pulser med 1 3 µs bredd krävs bandbredd hos instrumentet upp till 500 khz. Det är cirka tio gånger högre än någon normal multimeter klarar av. Ett oscilloskop eller specialinstrument behövs för denna periodiska kontroll.

9 Sammanfattning av problemen i värmekraftverket 1. Alla maskiner var i storleksordningen kw. 400 V nät. 2. I de större maskinerna dominerade motfas axelspänning. Det betyder inducerad axelspänning. 3. Common-modefilter fungerade bra på de större maskinerna där vi mätte motfasspänning på axlarna. 4. du/dt-filter fungerade bra oavsett storlek men blev ganska dyrt. Enklare versioner finns. De fungerar också bra, men är ibland beroende av viss kabelkapacitans för att fungera. 5. Jordningsborste på drivsidan fungerade bra på de mindre maskinerna. Det hade troligen också fungerat bra på frisidan eftersom det var kapacitiv koppling som dominerade. 6. Två mindre pumpdrifter betedde sig helt olika. Det visade sig att den ena driften hade isolerande koppling medan den andra hade ledande koppling. 7. Ledande koppling gör att pumphjulet i det vattenfyllda pumphuset fungerar som jordningsborste. Inga lagerskador på driften med ledande koppling. 8. Isolerande koppling gör att skyddseffekten uteblir det motsvarar flytande last. Där hade vi också snabb skadeutveckling i motorlagren. Pumpmotor i gruva. Potentialdifferenser i jordsystemet I det förra fallet var det en fördel att ha en ledande koppling. Pumphjul och vatten plus pumphus fungerade som jordningsborste för den kapacitivt kopplade spänningen. Genom att leda av den till pumphuset och därifrån via de grova rören till/från pumpen till stabil jord kunde axelspänningen hållas låg och både motorlager och pumplager skyddas. I en liknande installation, men nu med en konstantvarvsdrift ansluten direkt till trefasnätet utan frekvensomriktare eller mjukstart, uppstod ändå skador på motorlagren. I detta fall kom de mycket plötsligt utan att man sett någon förhöjd vibration vid inspektion någon vecka tidigare. Vid normal rondering märkte underhållspersonalen att det dundrade om pumpmotorn och den stängdes genast av för lagerbyte. Vid inspektion fann man en liten lokaliserad skada på innerringens yta.

10 Den ursprungliga skadan syns som en liten grop ovanför den röda markeringen (tillagd i efterhand). Skadan är cirka 0,1 mm i diameter och kan därmed betraktas som en makroskada. Utmanglat material från skadan syns i rullarnas riktning, ovanför skadan. Många skadeanalytiker säger att detta är en svetsskada. Men i detta fall kan svetsning uteslutas. Pumpen och axeln har roterat nere i en gruva när skadan uppstod. Närmsta svetsaggregat fanns på en reparationsbil som inte varit nere i den delen av gruvan på flera veckor. Något annat måste ha hänt. Denna motor är, som så ofta, skyddsjordad via gul/grön i motorkabeln plus försedd med en extra jordlina som går till jordbocken i ställverket. Ledande koppling. Installationen är vanlig och beprövad. Så något problem med potentialutjämning kan väl knappast föreligga. Eller? Jo, det kan det nog. Jordlinenätet i en gruva är väl definierat och underhållet. Principen jorda endast i en punkt är ofta noga efterlevd så var det även i detta fall. Pumpmotorn är alltså ansluten till ett jordlinenät som är väl skiljt från sådana anläggningsdelar i gruvan som tankar och rör. Det ligger i saken natur att just tankar och rör i en gruva har en mycket låg resistans till verklig jord dvs berggrunden. Vid hög ström i jordlinenätet kommer potentialen i det att lyfta ett ansenligt antal volt. Om en kabel exempelvis skjuts av vid sprängning så att man får en direkt kortslutning mellan fas och

11 nolla/jord (TN-C i denna anläggning) så är det inte ovanligt att felstället antar ungefär halva fasspänningen. Om en dominerande jordbock ligger nära felstället så kommer även dess potential att lyfta, vilket medför att de anläggningsdelar som är anslutna till den jordbocken lyfter ett antal, ibland ett hundratal, volt. Man får alltså en situation där motorn lyfter ett antal volt medan pumphuset, som är anslutet till bergjord ligger fast kvar på jordpotential. Följden blir förstås en utjämningsström som flyter från motorhölje, via motorlagren och kopplingen till pump, vatten och pumphus och därifrån via rörledningarna till fast jordpotential. Vid ett sådant tillfälle spelar många faktorer in. En viktig faktor är förstås jordlinenätets utseende och hur pumpmotorn är inkopplad i förhållande till felstället. En annan faktor är hur snabbt felströmmen löser ut brytare eller säkringar. En tredje faktor är induktanser i jordlinenätet. I det aktuella fallet kan man ganska enkelt konstatera att felströmmen varit mycket kortvarig. Innerringens diameter är cirka 1 dm. Det ger omkrets ca 300 mm. Felets diameter är cirka 0,1 mm. Det betyder att felet har en utsträckning som motsvarar ungefär en tretusendel av ett varv. Motorn var en fyrpolig konstantvarvsmotor på 50 Hz. Det ger ett varv på 40 ms säg 30 ms för enklare räkning. Om man förutsätter att ström under längre tid borde ge en mera utsträckt skada så kommer man fram till att den strömpuls som orsakat skadan måste ha varit kortare än ungefär 30 ms dividerat med Eller i mikrosekunder T = 30000/3000 = 10 mikrosekunder. Det är en mycket kort tid. På den tiden hinner ingen brytare eller säkring ens börja fundera på att lösa. Alltså måste det vara något annat som begränsat pulsens utsträckning i tid. Det är här som induktansen i jordlinenätet kommer in. Och det är här man inser att dimensionering för driftfrekventa kortslutningsströmmar inte ger något bra skydd mot snabba strömtransienter. Det vet redan åskskyddsfolket, men eftersom åska är ett synnerligen ovanligt fenomen i gruvor, och för all del även inomhus ovan mark, så nöjer man sig med att dimensionera resistansmässigt dvs med så grova ledare att utlösningsvillkoret är uppfyllt och så att inga skadliga driftfrekventa potentalskillnader uppstår. Om man utgår från att en kraftig och omedelbar kortslutningsström uppstått i jordlinenätet hur lång ledare behövs det för att man ska få en spänningspuls med ungefär 10 µs bredd? För att göra saker enkla räknar vi på tidkonstanten för en 35 mm 2 Cu-ledare. Det visar sig att tidkonstanten är ganska oberoende av längden! Tidkonstanten i en LR-krets definieras som L/R där L är induktansen i henry och R är resistansen i ohm. Induktansen brukar anges till ca 1 µh/meter, men är mycket beroende på förläggning. Vi nöjer oss med detta enkla värde tills vidare. Resistansen är lika med ρ*l/a där ρ är kopparns resistivitet, l är ledarens längd och A dess area. Med konventionella data insatta får man för en 1 m ledare med 35 mm 2 area värdet 0,5 mω.

12 L/R blir alltså 1/0,5 [µh/ mω] = 2000 µs. Detta är ju mycket längre puls än vi föreställt oss. Eller hur? Frågan är om vi överhuvudtaget har rätt att föreställa oss hur lång tidkonstanten är. Det krävs ju: 1. För det första en viss spänning för att bryta igenom fettfilmen i de båda lagren vanligen ca tio volt per lager. 2. För det andra vet vi inte hur mycket spänning det krävs för att åstadkomma skadan. 3. För det tredje har vi väldigt dåligt reda på hur hög den faktiska spänningshöjningen i felstället var. 4. För det fjärde gäller inte lågfrekvensresistansen i ett fall som detta den välkända skineffekten gör att strömmen trängs ut till ytan på ledaren så att den verkliga resistansen för en så snabb puls kan vara både tio och hundra gånger högre än beräknat värde. Och högre resistans ger kortare tidkonstant kanske i närheten av våra tio mikrosekunder? 5. Och, för det femte, vet vi inte hur stor del av denna spänningshöjning som faktiskt nådde fram till den aktuella motorn. Det kanske bara var toppen på isberget som nådde fram? Vad vi däremot vet är att de 2000 mikrosekunderna, eller om det nu handlar om 200 eller färre mikrosekunder, med råge räcker till för att åstadkomma en skada med cirka 0,1 mm diameter. Och det var ju det vi ville veta. Den här typen av skada kan undvikas på många sätt. 1. En isolerande koppling förhindrar att strömmen letar sig över till pumpen och förhindrar därmed att strömmen passerar lagret. 2. Två isolerade lager blockerar vägen från motorhölje till axel och skyddar lagren. 3. Utjämningsledare mellan motor och pump gör att strömpulsen hellre tar den vägen än genom lager och axel. Man måste då se till att induktansen i utjämningsledaren är väsentligt mindre än induktansen i axeln och vägen dit. Två parallella, raka ledare från fot till fot brukar alltid vara tillfyllest. Arean har ganska liten betydelse. Välj en area som finns tillgänglig och som ger mekanisk hållfasthet. 16 eller 25 mm 2 räcker gott om man lägger parallella ledare.

13 Med samtliga dessa åtgärder införda är motorn löjligt överbeskyddad. En av de tre åtgärderna är fullt tillräckligt. Vilken man väljer beror av flera omständigheter. Isolerade kopplingar är inte är vanliga i större effekter. Isolerade lager är relativt dyra och det finns alltid en risk att man missar att sätta in rätt typ vid nästa lagerbyte. Utjämningsledare är nog det enklaste och billigaste i detta fall. Det gäller bara att använda materielkombinationer som klarar av den ofta fuktiga och ibland korrosiva miljön kring pumpen. Sammanfattning 1. Potentialsprång i jordlinenät kan vara mycket kortvariga och så gott som omöjliga att mäta om man inte har snabb mätning med väl vald triggnivå helst window out och har mätningen pågående under mycket lång tid. 2. Potentialutjämning kan leda till överraskande resultat. Ett aldrig så väl planerat och utformat, maskat eller trädformat, jordlinenät hjälper inte om man inte mentalt föreställer sig alla tänkbara vägar till dunderjord. Rörledningar, tankar, maskinstativ är sådana dunderjordar. 3. Elektriska lagerskador kan uppstå på många sätt. I detta fall genom att en enda strömpuls med hög energi passerade lagret på grund av en enda jordslutning i kabelnätet. 4. Många möjliga motåtgärder finns: A - Isolerande koppling B - Isolerade lager obs två i detta fall! C - Potentialutjämning 5. Den valda åtgärden, potentialutjämning, är enkel och billig, men kräver rätt materialval i fuktig/korrosiv miljö samt viss tillsyn.

14 Ventilationsapplikationer HVAC. Hjälper hybridlager? Detta område behärskas av drivsystem i 1 22 kw effektområdet. Den gängse uppfattningen har länge varit att drivsystem i de effektklasserna inte har problem med lagerskador. Orsakerna till detta är flera; dels undersöks inte havererade småmotorer i någon större omfattning de är för billiga, kastas helt enkelt dels var den allmänna uppfattningen i mitten på nittiotalet (för all del, den finns fortfarande på en del håll) att man måste upp i en viss storlek på motorerna för att inducera tillräckligt hög spänning i axeln. Det var i samband and med lagerproblem på hotell och sjukhus som våra mätningar på mindre motorer visade att vi i stället för motfas axelspänningar hade likfas båda axelspänningarna rörde sig positivt och negativt samtidigt. Här var det alltså fråga om en annan kopplingsmekanism än den tidigare vedertagna förklaringen, att osymmetriströmmar inducerade spänning i motoraxeln. Sådana spänningar skulle ju inte heller, enligt då förhärskande uppfattning, ha tillräcklig amplitud i dessa mindre motorer. Det var detta som hade diskuterats med SKF och som de svarade på i faxet i inledningen. De var då inte beredda att inse denna felmekanism utan sysslade med att bygga modeller av de interna kapacitanserna i lagret intressant, men föga givande vad gäller förståelse för skadorna och hur de bekämpas. Eftersom detta är den applikation där flest problem finns kommer flera exempel att ges. Det första handlar om en fläktdrift med 40 kw motor. För ventilationssidan är det en stor fläkt. Fläkt med snabb skadeutveckling och snabbare när motmedel sattes in! Denna fläkt var monterad på stålram med vibrationsdämpande gummifötter. Drivning via kilremmar från motor på samma stålram. Nätspänningen var 400 V TN-C och motorn var ansluten till separat monterad omriktare via skärmad kabel (Ölflex). En kort diskussion kring denna typ av installation kommer först. Det är ett av de vanligaste sätten att arrangera drivning till en fläkt, nämligen med direkt koppling till motoraxeln. Även installationer med koppling via kilrem eller annan rem faller under denna kategori. Det handlar alltså om en motor med flytande last. Det betyder att rotor, axel och ansluten last utgör en elektriskt isolerad enhet. Den enda möjliga elektriska kontakten med omvärlden är via lagren. Samma gäller vid remdriven fläkt; ingen väg till jord utom via lagren.

15 PWM-spänningen kopplas kapacitivt från statorlindning till rotorn så att rotorns potential hoppar jämfota i förhållande till jord. Kapacitanser i en asynkronmotor Om motorn är bra jordad så kommer spänningen mellan axel och stator, dvs spänningen över lagret att bli en reducerad avbild av summan av de tre PWM-spänningarna från frekvensomriktaren. Reduktionen beror av förhållandet mellan de två kapacitanserna lindning-rotor och rotor-stator. I stora maskiner är ytan mellan rotor och stator luftgapsytan stor, vilket innebär stor kapacitans. I mindre maskiner är ytan mindre med mindre kapacitans som följd. Kapacitansen mellan lindning och rotor ändrar sig också med maskinstorleken. Men förhållandevis mindre. Resultatet blir att kapacitiv koppling kan ge upphov till 5 10 procent spänning på rotorn i små (0,175 kw några kw) motorer medan den sällan når över 0,5 procent i större ( kw) maskiner. Common-modespänning. Det är common-modespänningen modespänningen som orsakar problem. Inte bara genom kapacitiv koppling utan också genom att driva strömmar till jord så att ett överlagrat växelflöde skapas i motorn och inducerar spänning i axeln, som visades tidigare. I detta fall är det inte den inducerade spänningen som är intressant utan den kapacitivt kopplade.

16 Åter till det aktuella fallet. Axelspänningen såg ut som nedan: Det är kanal A som visar axelspänningen. Kanal B är utsignalen från Lill-Beppe, en enhet som används för att hitta EDM och avge triggsignal. Som synes triggas oscilloskopet på just denna signal. Vi har här ett genomslag från cirka 7 V nivå, vilket är relativt lågt. Pulsen fram till genomslaget är två mikrosekunder bred (ett typiskt värde och en av orsakerna till att vanlig multimeter inte kan användas, de behöver betydligt längre pulser för att reagera). Genomslaget sker mycket snabbt och avslutas med högfrekvent ringning kring noll volt. En egendomlighet i just den här registreringen är den snabba ringning som inleder spänningsstegringen. Men, eftersom den inte var det egentliga problemet lämnade vi den utan avseende så länge. Kunden hade bestämt sig för att prova att sätta in ett hybridlager. På NDE. Detta skulle, enligt vad man hade förstått, bryta strömkretsen. Det hjälpte inte att förklara att det i detta fall inte handlade om en intern cirkulerande ström i motorn, utan om en urladdning från rotor till hölje via lagren och att ett hybridlager troligen skulle förvärra situationen för det kvarvarande lagret så att stopp för lagerbyte skulle behöva ske ännu oftare. Orsaken till att man får värre och snabbare skador på lagret är att urladdningar genom lagret är en stokastisk process. Ojämnheter i lagerbanor och kulor samt föroreningar i fett/olja gör att urladdningar sker som en kombination av att tillräcklig spänning finns och tillfälle ges dvs att en svag punkt i isolationen uppstår. Det går säkert att räkna på detta med hjälp av avancerad sannolikhetskalkyl, men egentligen räcker det med sunt förnuft: Tar man bort en väg för urladdningen så kommer det att dels ta längre tid innan tillfälle ges dels kommer alla urladdningarna att ske i det oisolerade lagret. Eftersom det var viktigt att kunden själv fick se hur det fungerade (och samtidigt få bra registreringar till ett kommande seminarium) såg vi detta som ett utmärkt tillfälle att lära lite mer. Lagerbytet var

17 snabbt gjort och efter lunch kunde vi prova igen. Nu med en motor där ena lagret var försett med keramikkulor och således perfekt isolerat. Resulterande axelspänning visas i kanal B nedan: Även om vi hade förutsatt ökad aktivitet i kvarvarande lager blev vi förvånade över den stora försämring som förbättringen medförde. Antalet genomslag var fortfarande högt. Till yttermera visso från en mycket högre nivå än tidigare. Detta kan behöva en förklaring: Varför ger ett hybridlager sämre förhållanden? Genomslagsspänningen i ett lager beror av många faktorer. Temperatur, oljekvalitet, rotationshastighet, axiallast är några av de viktigaste. Men, om man söker ett samband mellan dessa variabler och faktiskt observerad genomslagsspänning blir man snabbt besviken; det verkar inte finnas något bra och säkert samband. Orsaken är att ytterligare en faktor spelar in och den är ofta dominerande. Det är ytfinheten på lagerbanor och kulor eller rullar. Små avvikelser eller små partiklar kan inte undvikas i en verklig applikation. Det är dessa ojämnheter och partiklar som bestämmer om ett genomslag ska ske eller ej. I det aktuella fallet hade man tidigare två lager där denna slumpvisa urladdning kunde ske. Och det ledde till att man sällan kom upp i högre spänning än volt. Med hybridlager fanns endast ett vanligt lager kvar, där urladdning kunde ske. Axelspänningen har alltså större chans att hinna upp i högre spänning innan genomslag sker. Detta är exakt vad man kan se i bilden; pulsen är här nära fem mikrosekunder lång, jämfört med två mikrosekunder i föregående bild, vilket medför att just detta genomslag sker från 22 V nivå. Energin i genomslaget följer formeln W[Ws] = 1/2 * U^2[V] * C[F]. Det innebär att en fördubbling av genomslagsspänningen höjer energin i urladdningen fyra gånger och därmed orsakar betydligt större skada än en urladdning från halva nivån. Detta med hybridlager i en position var alltså ingen bra idé något som kunden snabbt insåg. Kostnaden för hybridlager var också ganska hög. Just för dessa motorer var kundens rabatterade pris drygt 8 ksek/styck. Och detta var ändå en av de större industrierna i Sverige. Så deras rabattsatser var nog inte att klaga på. Att sätta in dubbla hybridlager skulle alltså ha kostat cirka 17 ksek, enbart för denna motor. Då dubbla hybridlager dessutom medför risk att axeln blir spänningsförande vid lindningsfel i motorn måste den skyddsjordas på något sätt - kanske lika bra att söka andra lösningar. Mer om denna risk i avsnittet om likströmsmaskiner.

18 En lösning är förstås jordningsborste på axeln. En sådan är en utmärkt bra lösning vid kapacitivt kopplad axelspänning eftersom man inte behöver ta hänsyn till eventuella bieffekter i form av ström som sticker iväg ut i andra maskindelar, vilket lätt händer vid jordning av axlar med induktivt kopplad spänning. Bilden visar att en mycket enkel borste tar ner spänningen mycket effektivt. Axelspänningen är här helt eliminerad. Så till den grad att triggtillsatsen inte fann något att trigga på. Registreringen är därför gjord i autoläge med manuell Hold. Om man kan hålla jordborsten i trim så är detta en helt okritisk installation vad gäller EDM i lager. Så länge man håller sig under cirka tre volt finns ingen risk över huvud taget. Och inte ens vid fem volt är risken särskilt stor eftersom energin i de eventuella genomslagen är mycket låg. En sista kommentar. Hur var det med den konstiga ringningen i 2 µs-pulsens början? Jo, när vi tittade in i kopplingslådan visade det sig att ölflexskärmen inte var ansluten till motorns jordskruv. Här har vi motsägelser igen Jorda skärmen endast i en punkt är en vanlig missuppfattning. Den kommer från kloka gubbar i ljudbranschen och har säkert ett visst berättigande om man vill undvika nätbrum i mikrofonsignaler på mikrovoltnivå. Men sådant bekymrar vi oss inte om i motorapplikationer här gäller det att hålla voltsignaler i schack. Och då är det låga impedanser som gäller. Jorda motorskärmen. I båda ändar. Gärna runt om den ofta omtalade 360-gradersförskruvningen är faktiskt inte så dum! Bilden visar hur det ser ut i kopplingslådan. Observera den oanslutna skärmen. Tre svarta plus gul/grön men ingen skärmanslutning.

19 Ventilationsapplikationer HVAC. Bättre installation gav kortare gångtid på lagren!?? I detta sammanhang kan det vara intressant att titta på ännu ett oväntat resultat av en förbättrad installation. Det handlar åter om en HVAC-applikation, fläktar i en hotellbyggnad. Kilrem mellan motor och fläkt, dvs flytande last. Lagrens gångtid var inte mer än cirka ett och ett halvt år och fläktleverantören visste exakt vad problemet var: Installatören hade inte använt EMCförskruvningar vid inkoppling av motorn. EMC-förskruvningar (de mycket omtalade 360-graders förskruvningarna) har ett stort berättigande och reducerar vissa typer av lagerskador, framför allt sådana som orsakas av så kallad stomspänning. Då stomspänning aldrig kan orsaka lagerskador i en installation med flytande last stomspänning kräver att axeln är förbunden med jord om ström ska kunna flyta från stator/stomme via lagren till jord så inses lätt att en EMC-förskruvning inte skulle hjälpa i detta fall. Men fläktleverantören var påstridig. EMC-förskruvningar skulle hjälpa. Man ansåg dessutom att en extra jordledare borde anbringas mellan motorjord och omriktarjord ganska onödigt med tanke på att EMC-förskruvning plus Ölflexmantel faktiskt var en mycket bättre lågimpediv returväg för motorns kapacitiva avledningsström. När installatören hade satt in EMC-förskruvningar visade det sig att gångtiden minskade. Lagren höll nu inte mer än cirka åtta månader en halvering av gångtiden. Detta var ju lite irriterande inte nog med att man kostat på extra arbete, nu tvingades man byta lager nästan två gånger per år. Vem skulle stå för denna kostnad? Fastighetsägaren vägrade, installatören vägrade han hade ju gjort som han blivit ombedd. Styr-och-reglerfirman vägrade. Konsulten vägrade. Omriktarleverantören vägrade. En inte helt ovanlig situation. Det slutar ofta med att alla blir osams och att den stackars fastighetsägaren står där med en anläggning som kommer att kosta stora pengar i underhåll. I det här fallet var det vettiga människor inblandade och man beslöt gå till botten med saken. GKE ombads titta på problemet. Först återställdes installationen till ursprungligt läge, dvs utan EMCförskruvning och utan extra jordning mellan fläktaggregatets stålram och omriktarens jordklämma. Detta är vad vi fann: Bilden visar axelspänning med peakvärden upp till åtta volt och RMS 1,71 V. Denna registrering är tagen över 20 millisekunder och det är svårt att se de enskilda genomslagen. Eftersom det handlar

20 om en frånluftfläkt med relativt hög temperatur på luften kan man inte utesluta att genomslag sker redan vid 7 8 V axelspänning. Nästa bild visar faktiskt EDM-genomslag i detalj: Detta genomslag sker från 11 V. Det är det värsta värdet vi kunde finna i originalutförande. Tidaxel 1 µs/delning. Bilden visar ett klassiskt genomslag. Spänningsuppbyggnad under några mikrosekunder och därefter en snabb urladdning mot noll volt. Urladdningens varaktighet är svår att läsa med den relativt långa tidbasen, det handlar vanligen om cirka 50 nanosekunder. Det skulle motsvara en tjugondels delning, men i just detta fall verkar tiden vara ännu kortare kanske 30 nanosekunder. Som nästa steg installerades EMC-förskruvningen och den extra jorden lades mellan fläktaggregatets stålram och omriktarens jordskruv. Då såg axelspänningen ut så här: Förbättringen ger alltså en kraftig försämring (ökning) av axelspänningen, RMS = 4,17 V. Detta är inte enbart en teoretisk mäteffekt utan bister verklighet. Den förkortade lagerlivslängden var ju redan konstaterad när GKE kopplades in. Och anledningen till den kortare livslängden är helt enkelt att man får högre axelspänning när motorkabelns skärm ansluts med EMC-förskruvning. Det kan tyckas

21 egendomligt och förnuftsvidrigt. Men det finns en enkel fysikalisk förklaring. En förenklad bild av installationen ser ut så här: Omriktaren är här reducerad till en störgenerator (PWM) i ett hölje med anslutning till gemensam jordbock (gul ledare och gult jordplan). Motorn visas med de olika delkapacitanserna mellan den röda lindningen, rotorn och den endast delvis utritade statorn. Mellan omriktarskåp och motor går en skärmad kabel som är ansluten med kort pigtail till skåpets hölje och med en EMC-förskruvning till motorns kopplingslåda. Den senare är väl förbunden med statorn, vilket markeras genom att hölje och kopplingslåda ritats som en sammanhängande enhet. Motorns stomme är förbunden med jordplanet/jordbocken via en grön ledare. Motsvarande elektriska schema visas till höger. Vad som händer i systemet utan EMC-förskruvning är att fyrkantvågen (PWM) i lindningen kopplas kapacitivt till rotorn via den ganska låga kapacitansen lindning-rotor (100 pf i exemplet). Samtidigt kopplas samma spänning via den ganska stora kapacitansen lindning-stator till statorn. Om statorn är ansluten via en ganska högimpediv jordledare till jordbocken så kommer även statorpotentialen att röra sig mer eller mindre i takt med rotorpotentialen. Eftersom spänningen över lagret är skillnaden mellan rotorpotential och statorpotential så kommer påkänningen på lagret att vara mindre än den skulle vara om statorn låg stilla potentialmässigt. När en EMC-förskruvning monteras kommer returvägen för statorströmmen att få en lågimpediv krets tillbaka till omriktare/jord genom motorkabelns skärm. Resultatet blir att statorpotentialen ligger stilla när rotorpotentialen gör sina språng, vilket resulterar i ökad spänning över lagret med ökad EDM och minskad gångtid som följd. Och det var ju just detta man konstaterade ade efter att EMC- förskruvningen satts in. Det ekvivalenta schemat ändras inte mycket, se nedan.

22 Den lilla skillnaden har ändå ganska stor betydelse. Spänningen över lagret ökar från 1,71 V till 4,17 V RMS. Det är mer än en fördubbling. Ovanstående nde resonemang betyder inte att man ska undvika EMC-förskruvningar även om de ökar påkänningen på lagret. De minskar utstrålad störnivå från installationen genom att de högfrekventa komponenterna i PWM-signalen nu leds tillbaka till omriktaren genom skärmen på samma kabel som de leds fram till motorns linding. Och det är bra. Fram och återledning så nära varandra som möjligt minskar ytan på sändarantennen och därmed utstrålad störeffekt. Bäst blir det med en symmetriskt uppbyggd kabel. Mer om detta senare. Andra metoder måste användas för att minska spänningen över lagret. I just detta fall passar det bra med en jordningsborste på axeln. Antingen en klassisk borste eller en kolfiberborste. Resulterande ekvivalenta schema visas nedan. Jordningsborsten (svart) i sin hållare (bronsfärgad) kortsluter axel till sköld. Det tjocka svarta strecket i schemat visar var kortslutningen verkar. Som synes kortsluts rotorn till statorn, vilket förstås innebär att kapacitansen rotor-stator alltid är urladdad så att ingen urladdning via lagret kan ske.

23 Sammanfattning av praktikfall Kapacitiv koppling med flytande last 1. Rotor och ansluten last är isolerade från jord. Det är detta som är flytande last. 2. Kopplingen sker kapacitivt från statorlindning till rotor. 3. Statorn är mer eller mindre väljordad. 4. Halvbra jord ger mindre lagerskador. 5. Helbra jord (skärmad, symmetrisk kabel med EMC-förskruvning) ger mera lagerskador. 6. EMC-förskruvningen kan inte tas bort behövs för att minska störningar. 7. Enkelt motmedel är jordningsborste eller kolfiberring. 8. Mera komplext motmedel är olika filter eller omriktare med sinusutgång.

24 Stomspänning utjämningsledare hjälper Stomspänning är ett ord som vi själva hittat på tror vi. I USA har man börjat använda ordet Backfeed och det säger också en del av vad det handlar om. I det här fallet handlade det om en pressdrift på ungefär 800 kw i en pappersmaskin. Problem med lagerskador i växeln, men även i motorn. Först ska vi titta på fenomenet stomspänning. Hur den uppstår och hur den ser ut: Om man detaljstuderar en frekvensomriktarmatad asynkronmotor med en normal FKK motorkabel och koncentrerar sig på kabelns egenskaper samt kapacitansen mellan statorlinding och stomme så ser det ekvivalenta schemat ut ungefär som nedan. Vågimpedansen har inget med kabelns egenskaper vid 50 eller 60 Hz att göra utan är roten ur kvoten mellan induktans och kapacitans per längdenhet. Den sätts slentrianmässigt lika med 50 ohm. Det är samma siffra som används vid EMC-mätningar när man sätter in ett så kallat LISN (Line Impedance Stabilizing Network). Fyrkantgeneratorn genererar en fyrkantvåg med snabba switchflanker som tar sig via kabeln till statorlindningen. Statorlindningen har kapacitans till statorjärnet. Det innebär att de snabba flankerna tar sig igenom kapacitansen till stommen. Stommen är i sin tur förbunden med jord via PE i kabeln. I en normal FKK har PE ganska stor induktans, säg ca 1 µh per meter. Det blir totalt 50 µh. All induktans motsätter sig snabba strömändringar. Det betyder att de snabba flanker som kopplas till stommen har svårt att ta sig via PE tillbaka till jord. Det blir helt enkelt ganska mycket av flankerna kvar på motorhöljet. Ungefär som nedan.

25 Om man zoomar i kurvformen ser man att varje switchflank ger upphov till en liten transient. Varannan transient startar uppåt (positiv switchflank) och varannan startar neråt (negativ switchflank). Ytterligare zoomning visar att frekvensen i transienten är cirka 200 khz (se 1/dx i datablocket) Denna spänning finns alltså på motorns hölje. Den finns där därför att den har en impedans (PEledaren) till jord. Om nu denna spänning hittar ett bättre sätt att ta sig till jord så är den inte dummare än att den utnyttjar det sättet. En väg som ofta erbjuder sig är via motoraxeln till den drivna maskinen. Den drivna maskinen en pump, en pappersmaskinssektion, en del av ett valsverk eller annat tungt maskineri har nästan alltid mycket bra kontakt med jord. Men för att komma ut på axeln och till maskinen måste spänningen slå igenom fettfilmen i lagret. Eftersom spänningen har ett bra toppvärde, mer än 100 V i

26 detta ganska renodlade fall den är vanligen lägre i verkligheten där parallellresistanser ofta finns så är fettfilmen med sina krav på volt inget problem. EDM-genomslaget sker och flanken tar sig till jord via maskinen. Ofta förblir kontakten/genomslagsplatsen ledande någon eller några mikrosekunder efter det egentliga genomslaget, men man kan också se fall där två genomslag följer tätt inpå varandra. Ett från den positiva delen av transienten och ett från den negativa delen. Sådant är förstås inte bra och måste förhindras. Den drivna maskinen längst till höger är stumt jordad via maskinlinjal, byggnadsstål, röranslutningar och så vidare. Kopplingar mellan motor och växel är ledande. Ingen potentialutjämning mellan motor och växel eller mellan växel och maskin. Men, och detta är viktigt, det fanns centralsmörjning till växeln. Oljerören erbjöd en effektiv och lågimpediv väg till jord. Ett antal al lösningar på problemet kan tänkas: 1. Sätt in isolerade lager i motorn. 2. Sätt in isolerade lager i växeln. 3. Sätt in isolerande koppling mellan motor och växel. 4. Lägg utjämningsledare mellan motor och växel. 5. Förbättra (sänk) impedansen i PE-kretsen 6. Sätt in filter på omriktarutgången a. Common-modefilter? modefilter? b. Du/dt-filter? c. Sinusfilter? Då detta är en av de vanligaste problemsituationerna ska vi ägna den en del energi. Svaret är inte alldels självklart.

27 Isolerade lager. Att sätta in isolerade lager kan tyckas vara en effektiv åtgärd. Det har emellertid visat sig vara en del problem med detta. Förutom att man riskerar att få in standardlager vid byte av lager så visar det sig att isolerade lager inte hjälper i ett sådant här fall. Orsaken är egentligen självklar men kan behöva belysas något. Först en bild av ett isolerat lager (tack, SKF!): Det finns två typer av Insocoatlager med isolering på ytterringen och med isolering på innerringen. Bilden visar ett med innerringen isolerad. Det vanligaste är dock att isoleringen ligger på ytterringen. Isoleringen består av ett lager sputtrad aluminiumoxid. Det är en bra isolator, men också ett bra dielektrikum. Aluminiumoxid (Al2O3) används bland annat i elektrolytkondensatorer där materialet ger hög kapacitans på liten volym. Där är skikten mycket tunna. I lagersammanhang används tjockare skikt. Vanligen 50 eller 100 µm. Den skikttjockleken gör att ett Insocoatisolerat lager har en kapacitans som ligger mellan 5 och 20 nanofarad (nf). Hmm.. Verkar inte det bekant? Kapacitansen mellan lindning och statorjärn ligger ju i ungefär samma socken 10 nf i exemplet. Om nu lagrets isolering har samma kapacitans och kapacitansen mellan lindning och statorjärn släpper igenom så mycket ström att man har mer än hundra volt på statorn så måste väl lagrets kapacitans göra det också? Jo, det är så. Om man tittar på frekvensen i det aktuella exemplet så var den ca 200 khz. 225 khz om man ska vara noga. Impedansen (växelströmsmotståndet) i en kondensator bestäms av formeln Z = 1/(2*PI*f*C). Med aktuella värden insatta får man Z = 1/(6,28*225000*10^-8) eller uträknat 70 ohm. Det är ju inte något bra isolationsvärde och faktum är att isolerade lager inte fungerar speciellt bra i en sådan här applikation. De förlänger gångtiden, ibland upp till fyra fem gånger, men en riktigt effektiv lösning är det inte. Isolerade lager är mycket bra i mera lågfrekventa tillämpningar, men när man har med snabba flanker med högt frekvensinnehåll att göra kan man bli negativt överraskad. Genom att välja isolerade lager med isoleringen på innerringen kan få bättre resultat. Anledningen är att man har mindre yta mellan axel och innerring än mellan ytterring och lagersäte. Man kan räkna med ungefär halva kapacitansen. Genom att sätta in invändigt isolerade lager vinner man också att lagret isoleras även termiskt från den varma motoraxeln så att temperaturen i lagret hålls nere. Isolering på ytterringen gör ju tvärt om den minskar värmeövergången från lager till lagersäte så att kylningen försämras och lagrets temperatur ökar. Ytterligare en fördel är att man har en tätare

28 passning mellan innerring och axel än man har mellan ytterring och lagersäte. Man slipper den slipning av lagersätet som (ryktesvis) kan uppstå om man har keramiskt material på ytterringen och den rör sig på grund av lösare passning. Oberoende av var de isolerade lagren sätts in (motor eller växel) så ska båda axeländarna isoleras. Här handlar det ju inte om att bryta upp en cirkulerande ström utan att förhindra att stomspänningen kommer ut på axeln eller från axel genom växelns lager. Två isolerade lager alltså. Observera att två lager parallellt ger dubbla kapacitansen. De 70 ohmen blir då plötsligt 35 ohm och idén med isolerade lager i den här applikationen verkar ännu mindre bra. Isolerande koppling. Tanken med den isolerade kopplingen är att bryta upp strömmens väg till den jordade växeln. I motsats till Insocoatisoleringen handlar det nu om rejäla avstånd och tjocklekar på isolationsmaterialet. Kapacitansen hos normala isolerade kopplingar är sällan mer än 0,1 0,3 nf och det är kapacitanser som är trettio till hundra gånger lägre än Insocoatlagrens. Faktiskt sextio till tvåhundra gånger lägre än de dubbla lagrens totala kapacitans. Så det är lätt att konstatera att en isolerande koppling är en bra lösning. Problemet är att det inte alltid finns isolerade kopplingar som klarar effekt och varvtal. Den termiska miljön kan också vara ett problem eftersom kopplingarna ofta arbetar i ganska hög omgivningstemperatur och dessutom har egen förlusteffekt som ytterligare ökar temperaturen. Detta kan vara en orsak till att man inte ser isolerade kopplingar alltför ofta. Behovet av sådana kopplingar i samband med frekvensomriktardrifter bör dock driva fram nya lösningar. Var uppmärksam på sådana! De kan komma till nytta. Isolerade kopplingar. Ca 600 kw 2000 RPM, hamnkran och ca 100 kw 1500 RPM, MAVA-pump Utjämningsledare. Ett bra och enkelt sätt att åtgärda problemet är att släppa fram strömmen på andra vägar än genom lager och axel. Man kan säga att man gör en by-pass. Om vi återvänder till fallet med svetsskadan i början av detta kapitel så minns vi att det gäller att skapa en väg som har