SZKOŁA ENKODERÓW

Enkodery na silnikach elektrycznych zagrożonych prądami łożyskowymi

Enkodery umieszcza się często na silnikach elektrycznych, gdzie służą do regulowania prędkości lub/i ustalania pozycji. Wiadomo, że rotor (zwłaszcza w dużych silnikach asynchronicznych) z powodu asymetrii elektrycznej lub magnetycznej łatwo wytwarza napięcie odbiegające od napięcia statora. W silnikach zasilanych bezpośrednio z sieci rozwiązano problem poprzez przemyślane i staranne konstrukcje. Coraz większa jest też ilość przemienników częstotliwości stosowanych do regulowania prędkości, przez co napięcie zasilające silnik otrzymuje znaczną część wyższych harmonicznych. Te fale wytwarzają silniejsze asymetrie niż fale harmoniczne podstawowe i indukują niepożądane napięcia i prądy błądzące, które są trudne do wygaszenia.

Dzięki zastosowaniu tranzystorów szybkich w układach napędowych (zamiast tyrystorów obecnie tranzystory GTO lub IGBT) problem jeszcze się znacznie zaostrzył. Częstotliwości są teraz na tyle wysokie, że stwarzają problemy. Powstające napięcia tworzą przepływ prądu między rotorem i statorem, a ten przepływ jest możliwy tylko poprzez łożyska silnika, obciążenie zewnętrzne lub przyłączony impulsator. Szczotki uziemiające i inne urządzenia ochronne często okazują się niewystarczające, a poza tym muszą być starannie konserwowane.

Aby wyeliminować problemy w silnikach elektrycznych, zaczęto używać łożyska izolowane lub pokrywy zamykające łożyska. Jeżeli w takich izolowanych łożyskach silnika powstają napięcia, to dążą one do tego, aby w inny sposób je wyładować. I tak w pewnych sytuacjach prąd płynie przez łożyska przyłączonego enkodera. Te stosunkowo małe łożyska mają cieńszą izolującą warstwę smaru niż łożyska silnika, dlatego też napięcie przebicia i opór są niższe. Prądy łożyskowe prowadzą szybko do uszkodzeń, ponieważ tworzą się iskry, a smar zostaje zanieczyszczony, co z kolei prowadzi do tworzenia się małych „kraterów”. Nie chodzi tutaj o pojedyncze niewielkie uszkodzenie, bo nie jest ono groźne (z wyjątkiem np. zespawania elektrycznego z uziemieniem przez łożysko), ale poprzez częstsze występowanie małych uszkodzeń problem uwidacznia się po krótkim czasie. Jeżeli powstaną już takie początkowe uszkodzenia, to powierzchnie łożysk są następnie niszczone przez cząsteczki metalu znajdujące się w smarze nawet, jeżeli prąd zostanie wyeliminowany.

Enkodery izolowane

Aby enkoder był chroniony przed prądami łożyskowymi, musi być izolowany od otoczenia lub od wałka silnika. W enkoderach z tuleją, model x86, często postępowano wg pierwszej metody. Ekran w enkoderze nie zostaje przy tym przyłączony do obudowy, używa się też izolowanego wspornika momentu obrotowego np. z izolowanymi przegubami kulowymi.

Jednak w myśl obowiązujących przepisów EMV (o dopuszczalnej szkodliwości pola magnetycznego) ekran silnika musi być podłączony do obudowy impulsatora, tak więc trzeba było użyć drugiej metody. Dlatego opracowano enkoder 860, w którym wał drążony jest od środka izolowany tworzywem sztucznym wysokiej jakości. Na początku 2001 roku model 860 został unowocześniony, pojawił się 861 z taką samą izolacją wału drążonego. W enkoderach, które są podłączone poprzez sprzęgło wału do silnika elektrycznego, jak np. w naszym nowym enkoderze 850 z kołnierzem typu euro, sprzęgło wału musi być odpowiednio izolowane, jeżeli zachodzi obawa prądów łożyskowych.