軸電流產生原因及防范措施

朱萬明 何鷗 秦恒浩 陳稅

摘 要：介紹某公司廠區環水泵驅動電機軸承報死的原因，分析軸電流的危害及對軸承破壞的外在表現，認為軸電流是導致其損壞的主因，結合實踐經驗，總結軸電流可能產生的原因及防范的措施，從而指導生產，提高設備運行穩定性。

關鍵詞：驅動電機；軸承報死；軸電流

1 前言

2018年5月25日，某公司廠區車間環水泵正常運行中忽然停轉，經解體檢查分析發現事故原因為環水泵驅動電機（高壓355KW）軸抱死觸發了過流保護系統。軸電流燒蝕軸承而發生抱軸，電機軸承徹底報廢。

電機帶有載流導線和磁性回路結構，通常會導致軸的磁化或引起脈動磁通。脈動磁通在軸、軸承和機殼形成的回路中感生電壓，稱之為軸電壓[1]；于是有軸電流流過回路，軸和滑動軸瓦表面、或滾動軸承和軸承套表面受到損壞，表象為摩擦和發熱增加、滾動軸承的運轉性能惡化等[2]。

軸電流的危害主要表現在以下幾方面：

（1）在軸承外表面形成電腐蝕。

（2）使軸承內的潤滑油電離，破壞油膜形成及穩定性，加快潤滑油劣化，降低潤滑性能及介電強度。

（3）電機軸承的使用壽命將會大大縮短。輕微的可運行千把小時，嚴重的甚至只能運行幾小時或更短的時間，給現場安全生產帶來極大的影響。

2 軸電流對軸承損壞癥狀

軸承的損壞會使電機在運行時產生不正常的噪音，重則使得電機無法正常工作。其中軸承損壞主要由3種原因：（1）力學上的損壞：機械的振動；（2）熱學上的損壞：過載增加的軸承溫度，從而降低其機械壽命；（3）電學上的損壞：軸電流的放電加工使得軸承上產生凹坑降低使用壽命，此為軸承損壞最主要原因，具體表現如下。

2.1 燒熔滑動軸承低點合金

軸電流將從軸承和轉軸的金屬接觸點通過，由于該金屬接觸點小，所以這些點的電流密度大，在瞬間產生高溫，使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，于是在軸承內表面上燒出小凹坑或軸承內表面被壓出條狀電弧傷痕。

2.2 滾動軸承報死或散架

滾動體表面和軸承圈輥道表面因軸電流的燒蝕，輕者發熱，溫度異常，重者相互抱死或散架觸發過流保護停機，甚至導致燒毀電機。

3 軸電流產生原因

正常情況下，轉軸與軸承間有潤滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對于較低的軸電壓，這層潤滑油膜仍能保護其絕緣性能，不會產生軸電流。當軸電壓增加到一定數值時，尤其在電動機啟動時，軸承內的潤滑油膜還未穩定形成，若不采取措施，軸電壓將擊穿油膜而放電，在轉軸、軸承座和底板構成的回路中產生電流——軸電流[3，4]，從而發生各類安全事故。可見軸電壓是內在因素，分析軸電流的產生關鍵為正確分析軸電壓的產生原因。

3.1 軸的磁化

（1）電機中環繞軸的各種閉合回路。電刷刷架裝置到集電環、電樞串聯回路、換向極繞組、補償繞組及各種連線，均有能使軸產生磁化的作用。若各類軸磁化的因素不加以抵消，就會產生軸磁化的現象。

（2）有的特種電機凸極轉子每間隔一個磁極設置一個勵磁線圈，這種勵磁線圈產生的磁通不僅通過無勵磁線圈相鄰極，也可通過軸、機殼和定子鐵心構成閉合磁回路，導致軸磁化。

（3）轉子運轉不同心。零部件制造精度、裝配誤差及其他各種因素，轉子運轉時和定子不完全同心，造成磁路不對稱，同樣會導致軸磁化[5]。

3.2 定子磁軛中由脈動磁通所感生的軸電壓

（1）機座有接縫的電機。當一個有兩個接縫機座和4級轉子的電機運轉時，其定子磁軛中的磁通總和不說任何時間均為零，其值是脈動的。這種脈動磁通在“軸-軸承-機殼”回路中感應電壓。

（2）轉子支撐偏心。轉子支撐偏心也會產生脈動磁通，同樣會在軸中感生交流電壓。

（3）沖片疊裝等因素。由于扇形沖片、硅鋼片等疊裝因素，再加上鐵芯槽、通風孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，在轉軸的周圍有交變磁通切割轉軸，在軸的兩端感應出軸電壓。

3.3 逆變供電

電動機采用逆變供電運行時由于電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈沖分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線部分、轉軸之間產生電磁感應，使轉軸的電位發生變化，從而產生軸電壓。

3.4 靜電感應

在電動機運行的現場周圍有較多的高壓設備，在強電場的作用下，在轉軸的兩端感應出軸電壓。

3.5 外部電源的介入

由于運行現場接線比較繁雜，尤其大電機保護、測量元件接線較多，哪一根帶電線頭搭接在轉軸上，便會產生軸電壓。

3.6 其他原因

靜電荷的積累、測溫元件絕緣破損等因素都有可能導致軸電壓的產生。

4 軸電流的防范措施

針對以上分析軸電流的根本成因，一般可在現場采取如下防護措施。

4.1 軸端安裝接地碳刷

對于沒有絕緣隔離層的軸承在轉軸上加裝接地碳刷，使接地碳刷可靠接地且與轉軸可靠接觸，保證轉軸電位為零電位。以此消除軸電流。

4.2 改進電機與逆變器、電機與負載間的高頻接地

電機外殼到逆變器外殼的連接應通過線纜的屏蔽層和內部的接地導線，電機的外殼到負載外殼應采用金屬帶。

4.3 加絕緣隔板

為防止磁不平衡等原因產生的軸電流，可在非軸伸端軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，切斷軸電流的回路。

4.4 將軸承座対地絶縁

此為防止軸電流最常用和較簡便有效的方法，軸承絕緣的絕緣電阻，按有關標準規定，若用500V兆歐表測量，數值不應低于0.5MΩ，工廠在實際生產中均應控制在1MΩ左右，可借用專門的線路來連續監測軸承的絕緣狀態。

4.5 采用非磁性軸承座或附加墊圈

由單極效應引起的軸電流主要在軸承與軸頸組成的回路內流動，采用軸承座絕緣的方法不能阻止其產生。因此，一般避免產生軸向磁通的同時，還應采用非磁性軸承座或附加線圈來削弱軸向磁通。

4.6 加強絕緣防護

為了避免其他電動機附件導線絕緣破損造成的軸電流，應定期細致檢查并加強導線或墊片絕緣，以消除不必要的軸電流隱患。

一般通過以上處理，大多數電動機的軸電流微乎其微，已對電動機構不成實質上的危害。此外，電機生產廠家在加工制造時應提高工藝技術，保證質量；設計和制造時，應保證磁路的對稱性；盡量避免產生軸向磁通。

5 結語

本文針對軸電流導致的軸承報死開展相關研究，分析軸電流的危害、產生原因及防范措施。經大量工廠實踐檢驗，本文所分析原因正確，為軸電流故障的解決提供系統思路，防范措施切實可行，可有效減少事故發生。

參考文獻：

[1] 王崢.直流電動機的軸電流和軸承電流分析[J].上海大中型電機，2015（4）：15～16+28.

[2] 邰麗娟，趙勇.中大型增安型電動機防止軸電流產生的分析[J].防爆電機，2002（3）：23～24.

[3] 陳永剛.軸電流引起的電機軸承溫度高及預防措施[J].甘肅冶金，2016（4）：102～103+107.

作者簡介：

朱萬明，生于1987年，男，四川資陽人，學士，重鋼西昌礦業電氣工程師。研究方向：選礦電氣設備技術指標的優化研究；選礦電氣設備的選型設計和調試研究。