[发明专利]用于评估尤其是在由变流器馈电的电机上的滚动轴承的损坏的方法和装置

说明书

技术领域

在电机、尤其是由变流器馈电的（Umrichterspeisung）的电机中，产生寄生效应，这些效应还导致经过各自电机的轴承的电流。

背景技术

在较大的、直接连接于正弦形电网的电机中，特别是会出现轴承电流，其原因在于：电路的不对称，制造公差和材料的各向异性。磁通在电机里的不对称分布在电机的轴中感应了电压，这种电压导致低频电流通过轴承。这种电流在一个闭合的回路中：轴-轴承-轴承盖-壳体，进行循环。

通过轴承的绝缘来中断这种电流。

在通过变流器、尤其是电压中间回路变流器进行馈电的电机中，通过经过调节地对直流电压中间回路的开断而产生输出电压，该输出电压随后施加在变流器的输出端上。以快速顺序进行的正负电位的变换在一种两点式逆变器中导致了一种电压曲线，其三相电压之和不等于零，并且称之为所谓的共模电压。

每个这种陡急的电压开断动作引起高频激励，该高频激励引起高频的高次谐波，带有由此得到的电流，该电流经过寄生的路径流回至电源、也就是说流回至变流器中间回路。

该电流可能在轴承中，尤其是在滚动轴承中引起滚道的改变。当滚道改变更强烈时，滚动体在过度滚动时首先引起噪声。而后轴承则随着疲劳损坏而发生故障，这可能导致电机的故障，或者甚至导致电机的损坏。

因此必须在到达要求的轴承使用寿命之前更换所涉及的轴承，这引起未纳入计划的费用。

对于装入设备里的电机来说，通过外部测量推断出轴承电负载。同时尝试通过测量接地电流、轴电流和轴电压，或者通过噪声测量实施对轴承的状态描述。但是这种状态描述很不准确。因此为了安全起见，早在轴承真正发生故障之前，就将其更换。

发明内容

因此本发明的目的是提出一种相比于以前的噪声-和比较测量更精确的方法，以便能够更准确地预测轴承的剩余使用寿命。

所提出的目的通过一种用于评估电机的滚动轴承的损坏的方法来实现，该电机电连接于变流器、尤其是具有电压中间回路的变流器，其中，这种损坏由于轴承电流、尤其是高频轴承电流而引起，其中，滚动轴承在轴承内环和滚动体之间，以及在轴承外环和滚动体之间分别具有润滑间隙，实施以下步骤：

-检测在滚动轴承的润滑间隙中的放电事件

（Entladungsereignis）的能量；

-检测放电事件的频率；

-通过频率和能量的相互关系来评估放电事件。

所提出的目的也通过一种用于评估电机的滚动轴承的损坏的装置来实现，该电机电连接于变流器、尤其是具有电压中间回路的变流器，其中，这种损坏由于轴承电流、尤其是高频轴承电流而发生，其中，滚动轴承在轴承内环和滚动体之间，以及在轴承外环和滚动体之间分别具有润滑间隙，该装置具有：

-用于检测在润滑间隙中的放电事件的能量含量的装置；

-用于检测放电事件的频率的装置；

-用于评估频率和能量含量的检测到的数据的分析处理装置。

根据本发明，通过直接检测在润滑间隙中进行的能量传递，可以精确地评估轴承的损坏或者说剩余使用寿命，它也通过相应的分析处理方法进行分类。

电压差导致电弧放电，并因此使电流流过轴承的润滑膜，并因此导致轴承滚道里的材料熔化或者材料汽化。均匀的熔化结构一般就不存在轴承滚道寿命方面的问题。只是当滚道材料在电流通过时部分汽化时，才引起有害的波纹形成。这种波纹形成的特征在于一种有特点的、垂直于滚动体的滚动方向的峰-和谷结构。

对于材料的汽化来说，与用于同样材料体积的材料熔化所需的能量相比，需要明显更高的能量。

这样的对能量的考虑在以前并没有进行过。

当电机的轴承上的电压足够高时，导致超过润滑膜的击穿电压，并因此导致在滚动体和内环或外环之间出现电弧。取决于在润滑间隙中转化的能量，会引起在滚动体的滚道中的熔化，或者甚至引起在滚动体上或者外环或内环上的材料汽化。

但材料汽化是形成有害波纹结构的前提条件。

然而，材料熔化和材料汽化这两个过程的前提条件是有一定的最小能量，该能量可以根据热力学计算得出。为此在放电事件时，或者直接测量通过轴承的电流和/或在轴承上的电压。通过确定放电事件的各自的瞬时功率P=U*I，并通过对时间的积分而将这些单独的瞬时功率相加，确定出在润滑间隙中转化的电能。时间是发生事件所耗费的分别一个特性时间常数。

如果该能量大于使材料汽化的最小能量，那么可能导致形成波纹。因此可以根据润滑膜中的能量转化来预测：轴承是否倾向于形成波纹。