变频技术对交流电动机轴电流的影响与预防5.28解决方案.doc

变频技术对交流电动机轴电流的影响与预防 大型交流电动机运行中产生轴电压是不可避免的，轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故并没有引起人们的重视。而且，随着变频技术和大功率、高切换频率功率元件的应用，轴电流导致轴承损坏、电机振动、发热的情况有迅速上升的趋势。人们往往只注意从机械配合方面考虑，严格更换新轴承装配工艺，忽视了轴电流的预防，导致短时间内连续发生轴承烧损事故，直接影响了电动机运行的可靠寿命，应该引起电动机用户和电机制造厂商的关注。 1 工频运行下电动机轴电流的形成与危害 1.1 轴电压产生的原因 旋转电机在运行中产生轴电压的原因有轴交链交变磁通和静电荷积累两种。 前者产生的轴电压是连续的、周期性的。通常,电动机的转子在对称的正弦交变磁场中运行，电动机转子切割磁场感应的交变电势所产生的交变电流也是对称的，所以，正常时转子两端间不会有不对称电压的出现。但是，当电动机定子铁心的圆周方向上的磁阻出现不平衡时，便产生与轴相交链含有谐波的交变磁通，这时就会产生不对称交变电势。随着磁极的旋转，与轴相交链的磁通交替变化，便产生了轴电压。这种电压是沿轴向而产生的。一般情况下，这种轴电压大约为 1～2 V。 然而，静电荷产生的轴电压是间歇的，并且是非周期的，其大小与运转状态、流体的状态等因素关系很大。电动机在运行过程中，负载方面的流体会与运行的旋转体摩擦而在旋转体上产生静电荷，电荷逐渐积累便产生轴电压。由这种情况产生的轴电压和由磁交变所产生的轴电压在机理上是不同的。 轴电压一般不高，通常在8～10V左右。在测定轴电压时应选用10～20V的高内阻交流电压表，被试电机在额定电压下空载运行，如图(1)所示，用电压表测定轴电压U1，然后将转轴一端与其轴承座短接，测轴承对地的轴电压U2，测点表面应与电压表引线接触良好。 轴承室， 轴承外圈， 油膜， 轴承内圈， 转轴， 转子， 同时，比较U1和U2可以得知油膜的绝缘状况： 当U1 = U2 说明油膜状态良好。 当U1 1.1 U2 说明油膜绝缘不良。 当U1 U2 电压表测笔放反，校正后再测。 轴电压对滚动轴承、滑动轴承的影响 轴电压U1（V） 对滚动轴承的影响 轴电压 U1（V） 对滑动轴承的影响 U10.3 基本无害 U10.3 无害 U10.5 产生有害的轴电流 0.5U11.0 可能产生有害的轴电流 U11.0 几天到一年内轴承明显损伤 1.2 轴电流的形成 大中型交流电动机运行中，转子轴电压一旦形成回路，就会产生轴电流。轴与轴瓦之间采用油润滑，电机轴承是压在油膜上的。由于轴电压幅值较低，油膜的绝缘一般是不会被击穿的。在转子高速运转过程中，如果出现润滑油油质不合要求，或缺油等情况时，会造成油膜破裂击穿，导致轴与轴瓦形成金属性接触，在接触的瞬间，轴电压会形成闭合回路，形成低电压击穿。这时，因电流回路阻抗(Z = r + jωL)很小而.3 轴电流的危害 轴电流会在转轴、轴承内圈、轴承外圈、轴承室 构成的回路中流过，最显著的现象是在转轴轴承位置和轴承内圈表面因电弧放电产生小而深的圆形蚀点。轴电流不但破坏油膜的稳定和油膜形成条件，而且由于放电在转轴和轴承内圈的表面，产生很多蚀点，破坏了转轴与轴承的良好配合，从而造成轴承无法工作。在特殊情况下强大的轴电流会在轴颈和轴瓦的接触面上产生强烈的电弧，导致轴颈和轴瓦损坏情况，造成电机振动和杂响声，最后使电机不能正常运转。 2 变频运行对轴电流的影响 2.1 低频轴电流 由于交变磁通、静电荷积累以及电机制造中产生的不对称等原因，产生的轴电流往往频率不高，属于低频轴电流。一般而言，交流传动系统都会产生轴电流，大多数系统的轴电流幅值较小，没有达到危害程度。如果系统的轴电流较大，可能会损坏电机轴承。滚动轴承的油膜一般比较薄，对轴电压比较敏感，轴电流流过滚动体与内外圈的细微接触点时，如果电压比较高，内外圈表面的接触面就会出现击穿的情况。一般要求滚动轴承的轴电压小于 0.3V。 2.2 高频轴电流 现代电机设计和制造工艺增加了许多消除低频轴电流的措施，但是现代交流传动系统由于采用 PWM变频供电方式和使用 IGBT等快速切换元件，所以在轴承上会产生高频电流脉冲。如果这些脉冲的能量足够高，也会造成轴承的损坏。典型三相正弦电源是平衡的，三相的矢量和总是等于零。由于PWM电源存在谐波，所以PWM电源的三相输出电压的矢量和不为零，导致中性点的电压不等于零，这个电压定义为共模电压源。这些谐波在转轴、定子绕组和接线部分等