Подшипники с токоизолирующим покрытием в инверторных приводах климатического оборудования

Подшипники с керамическим токоизолирующим покрытием ограничивают прохождение электрического тока через опоры двигателя и защищают дорожки качения от электроэрозии. В приводах систем кондиционирования такое исполнение выбирают с учетом схемы инверторного питания, конструкции двигателя и путей протекания паразитных токов.

Как инверторное питание приводит к повреждению опоры

Инвертор формирует напряжение двигателя последовательностью импульсов. Быстрые переключения создают высокочастотные составляющие, которые через паразитные емкости между обмоткой и ротором могут создавать напряжение на валу. При определенных условиях ток замыкается через подшипники на корпус двигателя.

В контакте тел качения с дорожками находится смазочная пленка. Пока она разделяет металлические поверхности, контакт способен накапливать электрический заряд. При превышении электрической прочности пленки возникает разряд с локальным оплавлением металла.

Повторяющиеся разряды оставляют микрократеры. Поверхность дорожки становится шероховатой, при развитии повреждения образуется поперечная рифленость, известная как fluting. Возрастают шум и вибрация, ухудшаются свойства смазки. Для вентиляционного привода это означает постепенное ухудшение состояния опор даже при достаточной механической грузоподъемности.

Где расположена керамическая изоляция

Обозначение ceramic coating относится к покрытию кольца подшипника. Например, в SKF INSOCOAT изолирующий слой наносят на наружные поверхности наружного либо внутреннего кольца. Керамика на основе оксида алюминия Al₂O₃ создает электрический барьер между кольцом и сопряженной деталью.

При покрытии наружного кольца барьер находится между подшипником и корпусом; при покрытии внутреннего — между подшипником и валом. Тела качения и дорожки сохраняют свою механическую функцию. Эффект изоляции определяется ее положением в электрической цепи двигателя.

После плазменного напыления поры покрытия герметизируют специальным составом. Этот этап помогает сохранять изолирующие свойства при воздействии влажности. Для климатического оборудования важно оценивать характеристики выбранного исполнения в фактических температурных и влажностных условиях.

Почему одного значения сопротивления недостаточно

Изолирующий слой обладает сопротивлением и электрической емкостью. С ростом частоты емкостное сопротивление уменьшается, поэтому результат измерения на постоянном токе описывает лишь часть свойств покрытия. Для инверторного привода существенен импеданс изоляции на высоких частотах.

На него влияют материал, толщина и площадь покрытия. Поэтому подшипник выбирают по электрическим характеристикам конкретного исполнения вместе с механическими параметрами: размерами, нагрузками, скоростью, зазором и смазкой. Общее название «керамическое покрытие» оставляет эти характеристики неопределенными.

При разработке или ремонте привода проверяют три группы условий:

• Путь тока: через какие опоры и соединения вал связан с корпусом и приводимым механизмом. Изоляция должна перекрывать опасный путь без переноса разрядов на соседний узел.
• Высокочастотные свойства: достаточен ли импеданс выбранного покрытия для электрического режима двигателя с данным преобразователем.
• Исполнение опоры: соответствуют ли подшипник и покрытие посадкам, рабочей температуре и влажности; сохраняется ли предусмотренная изготовителем схема изоляции.

Число изолированных опор зависит от механизма возникновения тока. Для циркулирующего тока может быть достаточно разрыва контура в одной опоре; емкостные разрядные токи требуют отдельного решения. Изоляцию согласуют с кабельной системой, заземлением и при необходимости средствами отвода тока с вала.

Применение в кондиционерах и сплит-системах

В системах кондиционирования вопрос токоизоляции возникает у электроприводов с частотным регулированием. Производители подшипников относят HVAC и вентиляторы к областям применения токоизолирующих решений. Для конкретного двигателя выбор покрытия зависит от конструкции опор и электрического режима.

Наличие инвертора само по себе не определяет необходимость замены подшипников. У двигателя вентилятора и компрессора различаются устройство, условия смазывания и требования к ремонту. В бытовой сплит-системе состав опор и допустимое исполнение устанавливают по документации изготовителя узла.

Вопрос-ответ

Чем покрытие отличается от керамических шариков?

У подшипника с покрытием изолирующий барьер находится на кольце. В гибридном подшипнике используются керамические тела качения и стальные кольца; место изоляции и электрические характеристики меняются, поэтому эти исполнения подбирают для заданного привода отдельно.

Достаточно ли заменить поврежденный подшипник таким же новым?

При сохранении опасного пути тока электроэрозия может повториться. Перед заменой определяют причину повреждения, проверяют электрическую схему привода и выбирают согласованные меры защиты; шум и вибрация служат поводом для диагностики, но имеют несколько возможных причин.

Можно ли поставить покрытый подшипник по совпадающим размерам?

Совпадение размеров позволяет оценить геометрическую совместимость. Дополнительно сверяют зазор, смазку, скоростные и нагрузочные характеристики, тип изоляции и требования к установке: от них зависят механическая работа опоры и защита от тока.

Технико-коммерческий инженер ГК Индатэк Смирнов А. В.