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變頻電機(jī)中的軸電流與絕緣軸承

適用于通用傳動(dòng)系統(tǒng)的普通籠型異步電動(dòng)機(jī)，也適用于在變頻調(diào)速系統(tǒng)上使用。因此由變頻器供電的籠型變頻異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)(機(jī)座號(hào)和尺寸均可參照通用的籠型異步電動(dòng)機(jī)，但要注意的是由于變頻電機(jī)在各種不同的頻率下運(yùn)行，所以在設(shè)計(jì)制造籠型變頻異步電動(dòng)機(jī)時(shí)要注意這一因素對(duì)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的各種不良影響，其中一個(gè)主要的影響是變頻電機(jī)運(yùn)行時(shí)，軸電流對(duì)電機(jī)軸承影響，現(xiàn)九星小編從以下幾個(gè)方面闡述變頻電機(jī)軸電流對(duì)電機(jī)軸承的影響以及防范措施。

1、軸承電流的種類(lèi)及產(chǎn)生的原因。

低頻軸承電流

電動(dòng)機(jī)磁路不對(duì)稱(chēng)會(huì)產(chǎn)生低頻軸電流，這種現(xiàn)象在容量大于400KW的電動(dòng)機(jī)中常見(jiàn)，這是因?yàn)?，不?duì)稱(chēng)的磁路會(huì)在磁軛中產(chǎn)生環(huán)形交流磁通(環(huán)狀磁通)從而在圖1所示的由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承、端蓋和電動(dòng)機(jī)定子機(jī)座組成的導(dǎo)電性回路中產(chǎn)生交流感應(yīng)電壓，當(dāng)此感應(yīng)電壓破壞了軸承潤(rùn)滑劑的絕緣能力后，電流就會(huì)流過(guò)包括電動(dòng)機(jī)前后軸承在內(nèi)的這個(gè)回路。

2、高頻軸電流

高頻軸電流產(chǎn)生的原因：工頻三相正弦電源電壓是平衡對(duì)稱(chēng)的，因此，其中性點(diǎn)電壓為零，可是變頻器的輸出電壓是通過(guò) PWM脈寬調(diào)制產(chǎn)生的，既通過(guò)逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)變成三相正弦交流電壓。

雖然其基頻分量是對(duì)稱(chēng)平衡的，但由于在逆變單元中二極管的開(kāi)斷不可能全部同步，故可產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的高次諧波，導(dǎo)致零序電壓分量增大，即中性點(diǎn)電壓不為零。標(biāo)準(zhǔn)中將此零序電壓定義為共模電壓，此電壓可以在負(fù)載電動(dòng)機(jī)繞組中的中性點(diǎn)處測(cè)得，其頻率與逆變單元中二極管的開(kāi)斷頻率相同，其幅值與直流母線電壓成正比。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定由共模電壓產(chǎn)生的軸電流叫高頻軸電流。

高頻軸電流的種類(lèi)：

1、在共模電壓作用下，由沿定子軛循環(huán)的高頻磁通產(chǎn)生高頻感應(yīng)電壓，當(dāng)此感應(yīng)電壓高到夠破壞軸承潤(rùn)滑劑的絕緣時(shí)，所產(chǎn)生的沿軸承、軸和定子機(jī)座連成的回路中流動(dòng)的循環(huán)電流。

2、在共模電壓作用下，在電動(dòng)機(jī)機(jī)座和變頻器機(jī)架之間會(huì)出現(xiàn)超過(guò)100V的電壓降，泄漏到定子機(jī)座中的電流通過(guò)金屬聯(lián)軸器與從動(dòng)機(jī)械設(shè)備回流到變頻器中，所形成的軸接地電流。

3、在高頻共模電壓作用下，電動(dòng)機(jī)內(nèi)的各種雜散電容形成的阻抗變小，從而為電流流通提供低阻抗路徑，故當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的電容放電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生高頻的軸承電流。該電流通過(guò)變頻器的接地導(dǎo)體和電容返回電源。

軸電流的危害

流入軸承中的電流變化快，其變化速率取決于軸承的工藝，當(dāng)軸承的滾珠被潤(rùn)滑劑全部浸沒(méi)不導(dǎo)電時(shí)，此時(shí)存在的軸承電容處于靜電充電狀態(tài)，如果靜電充電的電壓超出軸承潤(rùn)滑劑的絕緣性能，就將破壞軸承潤(rùn)滑劑形成的油膜，此外電動(dòng)機(jī)磁路不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也能破壞軸承潤(rùn)滑劑的絕緣性能進(jìn)而形成較大的軸承電流，當(dāng)軸承電流的密度超過(guò)1.5安/mm后，軸電流局部放電能量釋放產(chǎn)生的高溫，可以融化軸承內(nèi)圈、外圈或滾珠上許多 微小區(qū)域，并形成凹槽，從而產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理將導(dǎo)致軸承失效，對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)很大影響

軸承電流損傷的預(yù)防方法

采用絕緣軸承。

電絕緣軸承可以通過(guò)將絕緣性能集成到軸承中，從根本上去除電蝕，從而提高可靠性和增加機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間。

電絕緣軸承通常具有帶氧化鋁涂層的外圈外徑面和端面。帶涂層內(nèi)圈內(nèi)孔和端面的絕緣軸承， 由于內(nèi)圈的涂層表面積比外圈較小，這些軸承可提供增強(qiáng)的保護(hù)防止高頻電流。

絕緣軸承采用特種噴涂工藝，在軸承的外表面噴鍍覆膜，覆膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，絕緣性能好，可避免感應(yīng)電流對(duì)軸承的電蝕作用，防止電流對(duì)潤(rùn)滑脂和滾動(dòng)體、滾道造成的損壞，提高軸承的使用壽命。適用于電機(jī)、發(fā)電機(jī)，特別是變頻電機(jī)應(yīng)用更廣泛。