Bearing Current and Shaft Voltage from Variable Frequency Drives (VFD)
A parasitic phenomenon in motors driven by a variable frequency drive (VFD, IEC 60034-25) in which the fast switching edges (high dV/dt) of the PWM output voltage induce a common-mode voltage on the rotor shaft via the motor winding's parasitic capacitances. Once this shaft voltage exceeds the breakdown voltage of the thin lubricant film in the bearing, a small spark discharge (EDM discharge) passes through the bearing, which over time produces characteristic fluting patterns on the raceways and leads to premature bearing failure. Countermeasures include an insulated bearing or ceramic bearing balls on the non-drive end, a shaft grounding brush to divert the common-mode current around the bearing, and/or a common-mode or sine-wave filter on the VFD output.
Bij een 90kW-pompmotor die kort na installatie van een nieuwe VFD ongewoon snel lagerslijtage vertoont, meet de storingsanalist met een oscilloscoop de aslagerspanning en stelt vast dat deze ruim boven de doorslagspanning van de vetfilm ligt; installatie van een aardingsborstel op de as lost het probleem op.
Bij het vervangen van een DOL-gevoede motor door een VFD-gevoede uitvoering de standaard (niet-geïsoleerde) lagers en de kabelafscherming ongewijzigd laten, in de veronderstelling dat een lager altijd hetzelfde faalgedrag vertoont — de hoogfrequente schakelflanken van de VFD introduceren juist een nieuw faalmechanisme (lagerstroom) dat bij een DOL-voeding niet optreedt.