Động cơ điện là gì? Cách tăng tuổi thọ cho động cơ điện
Khi vận hành động cơ điện có bộ biến tần, dòng điện ổ trục phát sinh ngoài dự kiến thường xảy ra, ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của ổ trục.
1. Tìm hiểu về động cơ điện
1.1 Động cơ điện là gì?
Động cơ điện (motor điện) là một thiết bị điện từ có chức năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học thông qua quá trình cảm ứng điện từ. Động cơ điện gồm hai phần chính: stator (phần tĩnh) và rotor (phần quay). Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của stator, từ trường tạo ra sẽ tác động lên rotor khiến nó quay, từ đó sinh ra cơ năng để thực hiện công việc.
1.2 Vai trò quan trọng của motor điện trong công nghiệp
- Đảm bảo hiệu suất sản xuất cao: Động cơ điện là thiết bị không thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất tự động. Từ máy móc chế tạo, băng tải, máy ép đến các thiết bị nén khí, động cơ điện cung cấp năng lượng cần thiết để các hệ thống này vận hành liên tục, nâng cao năng suất và giảm thiểu sai sót do con người.
- Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo và gia công cơ khí: Trong các nhà máy chế tạo cơ khí, motor điện dùng để vận hành các máy móc như máy cắt, máy hàn, máy khoan… giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian sản xuất, từ đó tối ưu hóa chi phí sản xuất.
- Điều khiển và tự động hóa: Motor điện là thành phần chính trong các hệ thống điều khiển tự động, giúp các thiết bị tự động hóa trong các ngành công nghiệp như sản xuất, đóng gói, và xử lý vật liệu hoạt động hiệu quả và liên tục mà không cần sự can thiệp của con người.
- Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường: Động cơ điện hiện đại có hiệu suất năng lượng cao, giảm thiểu tổn thất trong quá trình vận hành. Việc sử dụng động cơ điện thay cho các loại động cơ nhiệt giúp tiết kiệm năng lượng, đồng thời giảm khí thải và bảo vệ môi trường trong các ứng dụng công nghiệp.
- Độ bền cao và chi phí bảo trì thấp: Motor điện có thiết kế đơn giản, dễ dàng bảo trì và có tuổi thọ dài. Điều này giúp các doanh nghiệp giảm chi phí bảo trì và tăng cường độ tin cậy trong vận hành hệ thống.
2. Tìm hiểu về dòng điện trục khi sử dụng động cơ điện
2.1 Dòng điện trục ở motor điện là gì?
Khi vận hành động cơ điện có bộ biến tần, dòng điện trục phát sinh ngoài dự kiến thường xảy ra, có thể ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của ổ trục tiếp xúc lăn. Các nhà khoa học tại TU Darmstadt đã nghiên cứu các dòng điện trục này - và phát hiện ra rằng chúng có thể được giảm bớt trong một số trường hợp với sự trợ giúp của cáp cung cấp động cơ có lớp bọc chống nhiễu.
Dòng điện trục (bearing currents) là dòng điện không mong muốn xảy ra trong quá trình hoạt động của motor điện. Chúng chảy qua các ổ lăn nối rôto chuyển động với stato động cơ cố định. Dòng điện trục chủ yếu xảy ra trong các ổ mà tốc độ được thay đổi với sự trợ giúp của bộ biến tần và có thể gây ra hư hỏng đáng kể cho ổ trục. Đặc biệt trong những trường hợp có nối đất không phù hợp, có thể xảy ra dòng điện trục với mật độ dòng điện cao, làm nóng chảy hoặc thậm chí hấp hơi kim loại trong vòng mang. Kết quả là các miệng núi lửa và cái gọi là rãnh trong ổ lăn, chúng trở nên đáng chú ý với độ rung tăng lên và thậm chí mài mòn nhanh hơn. Kết quả là vòng bi thường bị hỏng chỉ vài tháng sau khi lắp đặt.
>>Xem thêm: Tìm hiểu về dây cáp điện cho động cơ VFD
2.2 Các loại dòng điện trục ở động cơ điện
Có bốn loại dòng điện trục, mỗi loại chịu ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau và có mức độ tác động khác nhau:
- Dòng điện trục dung kháng (Capacitive bearing currents) là do điện áp trên ổ trục thay đổi và bù cho dòng điện chạy qua. Chúng thường quá nhỏ để có thể gây hại.
- Dòng điện trục phóng điện (Discharge bearing currents - EDM) là dòng phóng điện xung. Chúng có thể xảy ra nếu tăng điện áp trong ổ trục qua màng chất bôi trơn cho đến khi nó bị đánh thủng về điện.
- Dòng điện trục dạng vòng (Circular bearing currents) là dòng điện tròn trong máy điện. Điều này là do từ thông tần số cao xung quanh trục, tạo ra điện áp dọc theo trục.
- Dòng điện trục rotor-tiếp địa (Rotor-to-earth bearing currents) có thể xảy ra nếu rôto của ổ điện được nối đất thêm qua hộp số hoặc thiết bị khác và trở kháng đất của nó thấp hơn trở kháng của stato. Dòng điện chạy theo tỷ lệ từ vỏ động cơ qua các ổ trục vào trục và qua kết nối đất của rôto.
Tuy nhiên, bằng cách thiết kế ổ trục phù hợp, sử dụng ổ trục lai hoặc gốm cũng như chổi (brushes), bộ lọc và vòng nối đất, các kỹ sư thiết kế có một số lựa chọn để giảm và tránh những dòng điện không mong muốn này.
3. Cáp bọc chống nhiễu giúp kéo dài tuổi thọ động cơ điện
Một tiêu chí quyết định là lựa chọn cáp motor điện phù hợp - đây là kết quả của một nghiên cứu của Viện Chuyển đổi Năng lượng Điện (Institute for Electrical Energy Conversion) tại Đại học Kỹ thuật Darmstadt, được thực hiện với sự hợp tác của HELUKABEL . Các nhà khoa học đã so sánh các dòng điện trục xảy ra đối với các loại cáp có và không có lớp chống nhiễu trong một số thiết lập thử nghiệm. Trong quá trình này, họ phát hiện ra rằng dòng điện từ rôto-nối đất nói riêng có thể giảm đáng kể bằng cách sử dụng cáp có màn chắn.
Cáp có lớp bọc chống nhiễu là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để bảo vệ các ổ trục tiếp xúc lăn khỏi bị mài mòn và hỏng hóc sớm. Một ưu điểm bổ sung: việc sàng lọc của chúng cũng ngăn chặn bức xạ điện không mong muốn đến các thiết bị khác và do đó góp phần vào khả năng tương thích điện từ (EMC) của toàn bộ hệ thống.
Trong các thử nghiệm của mình, nhóm nghiên cứu từ TU Darmstadt đã sử dụng cáp cho động cơ điện HELUKABEL thuộc loại TOPFLEX-EMV-UV-3 PLUS 2YSLCYK-J. Cáp hai lớp này được thiết kế để hoạt động không bị nhiễu của bộ chuyển đổi tần số. Hơn nữa, nó có khả năng chống tia cực tím và thời tiết, do đó thích hợp để sử dụng ngoài trời. Tại HELUKABEL, chúng tôi cung cấp dòng TOPFLEX của mình với nhiều phiên bản theo các yêu cầu khác nhau - và có nhiều loại cáp servo và cáp feedback cho ngành công nghiệp và kỹ thuật cơ khí.
>>Xem thêm: Các dòng cáp servo, motor, và feedback cho động cơ truyền động
