bearing voltage
Explanation:
Wellenspannungen und Lagerspannungen sind nicht identisch. Die Lagerspannung ist nur ein Teil der Wellenspannung.
Elektrische Maschinen und Antriebe: Grundlagen, Betriebsverhalten
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Leider bewirkt die Gleichtaktspannung uo(t) noch einen weiteren negativen Effekt. Sie wird über die relativ kleine Kapazitäten zwischen der Ständerwicklung und dem Läuferblechpaket sowie dem Läuferblechpaket und dem Ständerblechpaket kapazitiv auf den Läufer eingekoppelt. Sie tritt daher, entsprechend abgemindert über diesen kapazitiven Spannungsteiler (dem „bearing voltage ratio“ BVR), als schaltfrequente Gleichtakt-Lagerspannung ub(t) an den Lagern auf.
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Im Netzbetrieb geht die Gefährdung ausschließlich von Wellenspannungen aus. Man versteht hierunter Spannungen, welche in einer Leiterschleife induziert werden, die aus der Welle, den beiden Lagern, den Lagerschilden sowie dem Gehäuse bzw. Grundrahmen besteht. Physikalische Ursache der Wellenspannungen sind magnetische Teilflüsse innerhalb der Maschine, die sich aufgrund von Unsymmetrien des magnetischen Kreises nicht zu null ergänzen und deshalb die Ausbildung eines magnetischen Ringflusses verursachen. Bei Speisung eines Motors aus einem Umrichter mit eingeprägtem Gleichstrom im Zwischenkreis (sog. I-Umrichter) sind die Stromharmonischen an der Bildung der magnetischen Felder in der Maschine und somit an der Erzeugung der Wellenspannung beteiligt. Bei Speisung eines Motors aus einem Umrichter mit eingeprägtem Gleichstrom im Zwischenkreis (sog. I-Umrichter) sind die Stromharmonischen an der Bildung der magnetischen Felder in der Maschine und somit an der Erzeugung der Wellenspannung beteiligt. Bei Speisung aus dem Pulswechselrichter entsteht eine zweite Art der elektrischen Lagerbeanspruchung, nämlich eine kapazitiv eingekoppelte Lagerspannung. Die physikalische Ursache dieser Art der Lagerspannung sind die steilen Spannungsflanken am Wechselrichterausgang, die durch die schnellen Schaltvorgänge erzeugt werden sowie das Steuerverfahren des Pulswechselrichters, das im direkten Zusammenhang mit der Gleichtaktspannung (common mode voltage) steht.
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Capacitively coupled bearing voltages and bearing currents of converter fed induction machines
This paper deals with the capacitively coupled bearing voltage of PWM inverter fed poly-phase machines and with bearing currents – as well du/dt- and EDM currents – arising from this voltage. The bearing voltage forms a replica of the common mode voltage which is inherent to the control algorithm of PWM inverters
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Die Arbeit befaßt sich mit der kapazitiv eingekoppelten Lagerspannung, die bei Speisung von Mehrphasenmaschinen aus U-Umrichtern mit Pulsweitenmodulation als Folge einer Gleichtaktspannung am Umrichterausgang entsteht, und den hierdurch bewirkten du/dt- und EDM-Strömen.
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https://www.researchgate.net/publication/225898585_Kapazitav...
Lagerströme bei umrichtergespeisten Motoren
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Steile Spannungsflanken
Hochfrequenzströme über parasitäre Kapazitäten im Motor. ->
• Lagerspannung ULager ->
-> EDM – Strom ->
• Wellenspannung UWelle
-> Zirkularstrom
• Gehäusespannung UGehäuse
->Rotorerdstrom
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Die Spannung an der Motorwicklung tritt gemäß den Kapazitätsverhältnissen im Motor in reduzierter Größenordnung als Lagerspannung ULager am Lagerschmierspalt auf (ca. 5 %).
Überschreitet die Lagerspannung die Durchschlagspannung des Schmierfilms, so kommt es zum elektrischen Durchschlag EDM – Strom
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Bei kleinen Motoren kann die interne Aufteilung der Gleichtaktspannung über die interne Streukapazität des Motors dazu führen, dass die Wellenspannungen hoch genug sind, um hochfrequente Lagerstromimpulse zu erzeugen. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Welle nicht über die Arbeitsmaschine geerdet ist, während das Motorgehäuse standardmäßig zum Schutz geerdet ist
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Enstehung von Lagerströmen
Der Stromfluss in die Lager kann sich schnell ändern, da er von dem jeweiligen physikalischen Zustand des Lagers abhängt. Die in den Lagern vorhandene Streukapazität bleibt nur solange erhalten, wie die Kugeln des Lagers mit Öl oder Schmierfett bedeckt sind und nichtleitend sind. Diese Kapazität, bei der sich die induzierte Wellenspannung aufbaut, kann kurzgeschlossen werden, wenn die Lagerspannung den Kippgrenzwert überschreitet oder wenn eine Kugel teilweise den Ölfilm durchbricht und mit beiden Laufringen in Kontakt kommt.
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(d.h. die Spannung, die am Lager abfällt, ist ein bestimmter Bruchteil der gesamten Wellenspannung)
Kleine, kapazitive Ströme von etwa iL = 10 mA werden durch das Zusammenwirken der Lagerspannung mit der durch den Schmierfilm und dem Metall des Lagers entstehenden Lagerkapazität hervorgerufen. Bei warmem Lager und/oder niedriger Motordrehzahl, wenn der Schmierfilm nicht mehr isoliert und sich die Lagerspannung nicht mehr über dem Lager abbildet, agiert das Lager vor allem als ohmscher Widerstand. Durch die Gleichtaktspannung und die Kapazitäten in der Maschine werden kleine, gleichtaktförmige Ströme, deren Amplitude iL = 200 mA betragen kann, durch das Lager getrieben. Die Frequenzen dieser kapazitiven Ströme betragen einige MHz und sind nach heutigem Kenntnisstand nicht kritisch für die Lebensdauer des Lagers.
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Zirkularströme werden hauptsächlich durch die Schaltvorgänge von Frequenzumrichtern hervorgerufen. Durch das Zusammenspiel zwischen der Kapazität der Maschine und dem du/dt wird ein hochfrequenter Ständererdstrom (>100kHz) hervorgerufen, der die Maschine über das Gehäuse verlässt, von wo er über die vorgesehene Erdverbindung des Gehäuses oder über parasitäre Strompfade abfließt. Dies wiederum verursacht einen hochfrequenten magnetischen Ringfluss um die Welle, der eine Wellenspannung entlang der Welle induziert. Diese treibt einen hochfrequenten, zirkularen Lagerstrom entlang der Schleife „BS-Lager–Welle–AS–Lager–Gehäuse“. Daher treten zirkulare Lagerströme in beiden Lagern auf, haben in diesen eine entgegengesetzte Polarität und bilden den Ständererdstrom ab (transformatorischer Effekt). Die Amplituden dieser Ströme können in Abhängigkeit der Baugröße mehrere Ampere ebtragen, die Frequenzen mehrere hundert kHz.
http://www.vogelsang.com/news/newsdetail/article/vogelsang-e...
The preceding analysis was based on steady state, low frequency and low dv/dt shaft voltage sources. However, PWM inverter modulation causes high frequency step-like voltage source waveforms and high dv/dt's to be impressed across the stator neutral to frame ground. It is shown that a portion of this waveform is also present as rotor shaft voltage to ground due to capacitor divider action. The preceding sinewave analysis applies to PWM operation but with the change that the experimental static breakdown threshold voltage on the rotor shaft increases to 8-15 volts ( Fig. 6) vs. 700 mv for the same bearing monitored under 60 Hz sinewave operation (Fig. 10). This increase is explained using dielectric breakdown theory for pulsed sources [9]. Fig. 7 shows that the impulse breakdown strength of hexane (1.1 106 v/m) increases dramatically over the static value for short step-like pulse durations. The bearing voltage breakdown threshold also increases as a function of shaft voltage rate of change [10].
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Shaft voltage acc. to IEC-34-17 definition:
According to IEC-34-17, the shaft voltage on a motor which complies with the IEC-34-12 may not exceed 500 mV.
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omain Electronics and electrical engineering, Mechanical engineering
Domain note machines tournantes
en
Definition
test taken on an energised machine to detect the voltage induced which is capable of producing shaft-currents
Term shaft-voltage test
Reliability 3 (Reliable)
Term Ref. IEV 411-23-44
Date 24/09/2003
de
Term Messung der Wellenspannung
Reliability 3 (Reliable)
Term Ref. IEV 411-23-44
http://iate.europa.eu/SearchByQuery.do?method=searchDetail&l...
Area Rotating machinery / Testing
IEV ref 411-53-43
en shaft-voltage test
a test taken on an energized machine to detect the induced voltage capable of producing shaft-currents
de Messung der Wellenspannung, f
http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&iev...
| Johannes Gleim
Local time: 01:17
Specializes in field
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