關(guān)于電動機(jī)軸電流的危害及預(yù)防路徑的研究

袁云

摘要： 針對電機(jī)機(jī)械故障軸承損壞分析，有60%軸承損壞是軸電流導(dǎo)致，而非機(jī)械磨損、失效損壞，防止軸電流產(chǎn)生的方法和措施是很重要的課題。

關(guān)鍵詞：軸電流;軸測套;軸電壓;絕緣措施

大型交流電動機(jī)、變頻電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生軸電流是不可避免的，但軸電流作用在電機(jī)軸承上引起軸承燒毀的事故頻繁發(fā)生，已經(jīng)引起了電機(jī)行業(yè)人們高度重視，為了防止軸電流對電機(jī)的危害，美國NEMAMG標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：按IEEE112標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，如果軸電壓峰值大于300mV時，即需要采取絕緣措施.

為了提高大型電動機(jī)、變頻電機(jī)使用壽命和運(yùn)行的可靠性，對軸電流進(jìn)行預(yù)防措施，有效防止軸電流對電機(jī)的危害，我公司從2010年開始，研究”預(yù)防軸電流危害”課題：經(jīng)過多年試驗(yàn)、分析，設(shè)計(jì)研發(fā)一種新型“絕緣軸承套”提高電機(jī)軸承壽命和可靠性。主要材料HT200鑄件、絕緣材料組成，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、制造工藝簡單、生產(chǎn)周期短、原材料采購方便廉價、性價比高、絕緣可靠性高、整體機(jī)械性能好，是國內(nèi)防止軸電流的新工藝、新技術(shù)。

由于高壓變頻技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展，使得絕大多電機(jī)采用使用變頻調(diào)速技術(shù)，這樣在電機(jī)繞組輸入端接入的高頻調(diào)整電壓的電容效應(yīng)，以及三相輸出電壓瞬時不對稱所造成的共模電壓，會對電機(jī)形成顯著的軸電壓;另外還有電機(jī)運(yùn)行時軸的兩端形成電位差，產(chǎn)生軸電壓，產(chǎn)生軸電流。如果不及時防止，會破壞油膜的穩(wěn)定性和潤滑油的物理化學(xué)性能，對軸承產(chǎn)生電腐蝕危害，甚至直接燒毀軸承和軸瓦。采用絕緣軸承套結(jié)構(gòu)，是解決軸電流對軸承腐蝕的一種有效方法，提高了軸承的壽命及運(yùn)行的可靠性.，同時解決采用進(jìn)口絕緣軸承的價格高的問題，該絕緣軸承套技術(shù)應(yīng)用可廣泛推廣應(yīng)用于大功率電機(jī)低壓電機(jī)和高壓電機(jī)中。

一、電動機(jī)軸電流的形成與危害

旋轉(zhuǎn)電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生軸電壓的原因，有軸交鏈交變磁通和靜電荷積累兩種

交變磁通產(chǎn)生的軸電壓是連續(xù)的，周期性的。通常。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在對稱的正弦交變磁場中運(yùn)行，切割磁場感應(yīng)的交變電勢所產(chǎn)生的交變電流也是對稱的。所以，正常時轉(zhuǎn)子兩端間不會有不對稱電壓的出現(xiàn)。但是，當(dāng)電機(jī)定子鐵心的圓周方向上的磁阻出現(xiàn)不平衡時，便產(chǎn)生與軸相交鏈的含有諧波的交變磁通，這時就會產(chǎn)生不對稱交變電勢。隨著磁極的旋轉(zhuǎn)，與軸相交鏈的磁通交替變化，便產(chǎn)生了軸電壓，這種電壓是沿軸向而產(chǎn)生的。一般情況下，這種電壓大約2～5V

然而，靜電荷產(chǎn)生的軸電壓是簡歇的，并且是非周期的，其大小與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、流體的狀態(tài)等因素關(guān)系很大。電動機(jī)在運(yùn)行過程中，負(fù)載方面的流體會與運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)體摩擦而在旋轉(zhuǎn)體上產(chǎn)生靜電荷，電荷逐漸積累便產(chǎn)生電壓，由這種情況產(chǎn)生的軸電壓和由磁交變所產(chǎn)生電壓在機(jī)理上是不同的。

二、軸電壓的測量

軸電壓一般不高，通常在8～10V左右。測定軸電壓時應(yīng)選用10～20V的高內(nèi)阻交流電壓表，被試電機(jī)在額定電壓下空載運(yùn)行，用電壓表測量軸電壓U1;然后將轉(zhuǎn)軸一端與其軸承座端接，測軸承對地的軸電壓U2。測點(diǎn)表面

應(yīng)與電壓表引線接觸良好。

通過比較U1和U2可以得知油膜的絕緣狀況;當(dāng)U1=U2時，說明油膜絕緣狀態(tài)良好;當(dāng)U1>1.1U2，說明油膜絕緣不良;

大中型交流電動機(jī)運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子軸電壓一旦形成回路，就會產(chǎn)生軸電流，軸電流會在轉(zhuǎn)軸、軸承內(nèi)圈、軸承外圈、軸承室等構(gòu)成的回路中流過，最顯著的現(xiàn)象是在轉(zhuǎn)軸軸承位置和軸承內(nèi)圈表面因電弧放電而產(chǎn)生小而深的圓形蝕點(diǎn)，隨電弧放電增多，在轉(zhuǎn)軸和軸承內(nèi)圈表面的蝕點(diǎn)增多號表面增大，從而影響軸承的壽命，導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)行.

三、國內(nèi)外對電動機(jī)軸電流的危害的預(yù)防措施：

（一）軸承的絕緣措施

采用滾動軸承結(jié)構(gòu)的電機(jī)一般選用絕緣軸承，絕緣軸承進(jìn)口價格高，用戶難以接受，維修、更換軸承不方便.

（二）電機(jī)軸的絕緣

采用滾動軸承結(jié)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)軸的前后軸承臺及其軸肩可采取絕緣措施，如用等離子法均勻噴涂50～100μm厚的高性能耐熱陶瓷絕緣層。該結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、成本高.

（三）端蓋軸承室內(nèi)的絕緣

采用端蓋軸承室內(nèi)加套，在套與端蓋間夾墊絕緣、采用熱套連接，在熱套時容易造成絕緣損壞，然后在加工端蓋的軸承室的尺寸，連接螺栓加絕緣套管，這種結(jié)構(gòu)和工藝相對復(fù)雜，絕緣可靠性差.

（四）均衡接地法

由于存在雜散電容，就會產(chǎn)生電流，通過均衡接地電壓，可以降低流經(jīng)軸承的電流.絕緣軸套的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

（五）絕緣軸承套法

在中型以上三相交流異步電動機(jī)中，可用絕緣軸承套代替普通軸承套，可以完全預(yù)防軸電流對滾動軸承電蝕的危害。兩種軸承套的主材料都是HT200鑄件，加工方法、制造成本基本一樣，但性價比很高。

四、絕緣軸承套結(jié)構(gòu)

在普通軸承套的基體上，如圖1，將絕緣材料，通過獨(dú)特設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，工藝簡單、其絕緣性能、機(jī)械性能可靠性高，使兩者成為一體，其機(jī)械強(qiáng)度與HT200一樣，但其電氣絕緣電阻大于500MΩ，完全阻止軸電流形成回路。降低產(chǎn)品成本，工藝簡單、維修方便，取代絕緣軸承.

針對電動機(jī)軸電流的形成及產(chǎn)生的危害問題，相關(guān)人員必須采取切實(shí)可行的措施防止軸電流的形成，最大程度地降低軸電流對設(shè)備的損傷。一般通過以上處理后，大多電動機(jī)的軸電流微乎其微，對電動機(jī)構(gòu)不成實(shí)質(zhì)上危害。

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