Titelaufnahme

Titel
Investigations of bearing failures due to electric current passage / Andreas Jagenbrein
VerfasserJagenbrein, Andreas
Begutachter / BegutachterinGröschl, Martin ; Pongratz, Peter
Erschienen2005
Umfang144 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Frequenzumrichter / Lager <Maschinenbau> / Schaden / Stromdurchgang
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-16460 Persistent Identifier (URN)
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Investigations of bearing failures due to electric current passage [3.68 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Seit Frequenzumrichter für die Steuerung von Drehsrommotoren verwendet werden, kommen es vermehrt zu Lagerschäden, die als Folge von Stromdurchgang durch die Lager entstehen. Parasitäre Ströme, vor allen jene, die in frequenzumrichter-betriebenen Motoren und Maschinen auftreten, und ihre Ursachen wurden anhand jüngster Literatur und eigener Forschungsergebnisse gegenübergestellt, da diese in der Literatur oft nicht klar genug unterschieden wurden.

Um das elektrische System eines frequenzumrichter-betriebenen Drehsrommotors untersuchen zu können, wurden Messmethoden entwickelt und Messvorrichtungen aufgebaut. Das System konnte mit Hilfe der erhaltenen Messergebnisse analysiert und in der Folge eine statische Testapparatur geplant und errichtet werden.

Diese Testapparatur ermöglichte es, so genannte "electric discharge machining" (EDM) Prozesse mit festgelegter Energie und an einer bestimmten Stelle zwischen zwei Testkörpern (Standardlagerkugeln und -zylinderrollen) auszulösen, ähnlich den EDM Prozessen, die in frequenzumrichter-betriebenen Motoren auftreten. Der Zwischenraum zwischen den Testkörpern wurde mit verschiedenen Ölen bzw. mit Luft gefüllt, um den Einfluss dieser Materialen auf die verursachten Schäden auf den Oberflächen der Testkörper zu untersuchen.

Chemische und physikalische Eigenschaften der verwendeten Öle, wie deren Dichte, kinematische Viskosität und relative Dielektrizitätszahl, wurden zu Untersuchung des Einflusses auf die mit der statischen Testapparatur erzeugten Schädigungen an den Testkörpern gemessen. Diese Schädigungen auf den Oberflächen der Testkörper wurden mit einem kontaktlosen optischen Profilometer analysiert. Weiters wurde untersucht, ob sich Veränderungen in den Ölen, die in der statischen Testapparatur Serien von EDM Prozessen ausgesetzt waren, auch in den Infrarot-Transmissions-spektren zeigen.

Mit Hilfe einer digitalen schwarz-weiß Hochgeschwindigkeitskamera wurden in der statischen Testapparatur ausgelöste EDM Prozesse zur Dokumentation gefilmt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp einer Schaltungsanordnung basierend auf einer neuartigen Methode (EP 1 445 850 A1) zur Kompensation der Spannung an der Motorwelle frequenzumrichter betriebener Motoren entworfen und aufgebaut. Nach Erweiterung und Optimierung dieses Aufbaus konnte dessen verbesserte Wirkung durch Messungen nachgewiesen werden. Während dieser Arbeit wurde auch das Konzept eines erdsymmetrischen frequenzumrichter gesteuerten Antriebs entwickelt, der keine Spannung an der Motorwelle verursacht.

Schließlich wurden Vorschläge zum Analyse und Optimierung elektrischer Systeme von frequenzumrichter gesteuerten Antrieben auf der Grundlage von Erkenntnissen aus der Literatur und eigener wissenschaftlicher Arbeit zusammengefasst.

Zusammenfassung (Englisch)

Bearing damages due to electrical current passage through bearings have increased since frequency converters have been used for the control of three-phase induction motors. In this work, an overview is given of parasitic currents and their sources, especially those generated in frequency converter driven motors and machines, according to recent literature and own research work, because they have not been distinguished clearly in the past.

Within this thesis, measuring methods have been developed and measuring set-ups were constructed for the investigation of the electrical regime of a three-phase induction motor driven by a frequency converter. Based on the obtained results, such a drive system could be analysed and, hence, a static test rig was designed and constructed.

This test rig allowed to initiate electric discharge machining (EDM)-processes of defined energies at finite regions between two test specimens (standard bearing balls and cylindrical rolling elements), thereby simulating real EDM processes that occur in the bearings of a frequency converter driven motor. The gap between the test specimens was filled either with different oil samples or with air, to investigate the influence of these materials on the damages generated at the surfaces of the test specimens. Chemical and physical properties, such as the mass density, the kinematic viscosity and the relative permittivity, of the investigated oils were measured, to study their influences on the damages generated at the test specimens in the static test rig. These enforced damages at the surfaces of the test specimens were analysed with a contactless optical profile meter. Further, the sensitivity of infrared transmission spectra on the deterioration of oils, subjected to series of EDM processes in the static test rig, was studied.

Photographs of EDM-processes initiated in the static test rig were made with a monochrome high speed digital camera for documentation.

In this work, the prototype of circuit arrangement based on a novel method (EP 1 445 850 A1) for the compensation of the voltage at the motor shaft of frequency converter driven motors was designed and constructed. Further, this set-up was upgraded and improved, and its increased effectiveness could be verified by further measurements.

Additionally, the concept of an earth balanced power supply for frequency converter driven motors was developed in the present work, which does not cause the generation of a voltage at the motor shaft. Finally, recommendations for the analysis and optimisation of the electrical regime of frequency converter driven systems were summarized based on literature and own research work.