對地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕原理及抑制工藝淺述

張愛平

摘要：本文主要分析了地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕的相關原理，并重點介紹了相關的抑制工藝，它不僅能夠解決地鐵車輛牽引電機發生的批量異響的問題，還能利用專業的分析機構和拆解方式，對牽引電機的軸承失效模式的機理分成過電流，也就是常說的軸承電蝕現象。除此之外，它還能保證車輛的安全運行，減少問題發生的概率，這也是相關研究單位一直在研究的問題。

關鍵詞：地鐵車輛;牽引電機軸承電腐蝕問題;應對策略

對于常見的利用變頻器進行驅動的機器來說，通常都會產生軸承電壓，這也是無法避免的問題。根據相關規定，從2003年開始國外就開始利用放電總能量對電機軸承的腐蝕程度進行結果判定，這也是將軸承電壓作為測量值，也可以有效的回避電流的策略，總體來說比較簡單一些。同時，這種策略模式對以后電機軸承電壓的分析也具有積極的推動作用。對于地鐵車輛來說，本身就具有復雜的電氣環境，因此更要加強研究進行判斷。

1源頭切斷

目前，通常解決電機軸承電腐蝕的方式分為三種，其中一種就是在源頭上處理。從源頭上進行處理也有多種措施，首先可以在逆變器的輸出端適當添加合理的輸出濾波器，常見的有輸出電抗器、共模扼流圈以及有源濾波器等，這些都可以有效的減少傳導性EMI，也可以進一步削弱電機端過的電壓量。但是這些逆變器側面的輸出濾波器在應用過程中都有一定的缺點，可能在運行條件發生變化時部分濾波器就會失去作用，或者是工作效率不明顯。除此之外，增加濾波器也會提高成本，相應設備的的重量也會提高，也會增加設備系統的復雜性，進而影響并限制了這種方法在地鐵車輛逆變器上的使用。其次，還可以以通過優化軟件控制的方式來從源頭上解決問題，也就是說逆變器可以利用PWM調制控制方式來降低共模電壓，但是在運行時，通常逆變器的調制頻率和方式都會受到IGBT等開關器的影響，也會形成穩定的配合，如果做調整反而會產生不必要的電流脈沖，也會對設備產生不良影響，也因為這些缺點這種方式在應用時也受到了限制。具體如下圖 6所示：

2電機側

現階段，我國地鐵車輛的牽引電機大多使用絕緣軸承，也就是在軸承外圈涂抹絕緣材料來達到防止電流經過的效果。同時，這種方式還能在牽引電機運行過程中起到潤滑油的作用，這也能讓軸承內部的潤滑油在滾珠流動期間形成一層油膜，發揮絕緣的作用。除此之外，還可以利用電機端提高軸承絕緣鞋或者將軸電壓分壓的方式來有效的降低軸電壓所帶來的電腐蝕問題。首先，可以通過增加外圈絕緣涂層厚度的方式降低外圈和機殼之間的電容，進而減少軸電壓對軸承和機殼之間產生的放電量。但是，這時候軸電壓也會產生，因此需要足夠厚的絕緣材料才能達到理想的效果。但是，這種方式的成本較高，另外由于轉子在運行過程中產生的熱量也會通過軸承傳到機殼，但是在到達機殼時也需要通過絕緣涂層，相應的就會產生散熱的問題，這也是得不償失，因此這種方式在應用時大多拋棄。其次，還有采用混合陶瓷軸承的方式，也就是將軸承滾珠換成完全絕緣的陶瓷球，這樣也可以將軸承內外圈起到良好的絕緣效果。但是，其中也存在一些問題，例如混合陶瓷制成的軸承耗費較高，還有特別定制，這樣就會延長采購周期。另一方面，陶瓷軸承的抗壓強度也步入鋼軸承，因此這一模式也沒有得到廣泛的推廣。最后，就是建立有效的軸電壓放電旁路，這樣也可以有效的降低軸承內外圈之間產生的軸電壓。通常來說，這種方案就是在機殼上安裝一個導電環，它主要是利用其中的導電材料和電機軸接觸進而連接起來，這樣也可以讓內圈上的電壓通過導電材料運輸到電機機殼，最終達到旁路軸電壓的效果。但是，這種方式會因為導電材料和電機軸之間接觸時會產生外界污染或者自身氧化的問題，隨著時間的推移也會提高這兩者之間的接觸電阻，也會影響到電壓的釋放。這也需要對設備進行維修和保養，也會提高后期的維護成本。具體如下圖 7所示：

3接地回路

地鐵車輛牽引電機軸承的高低與車輛的接地回路抗阻的大小存在直接的聯系。并且，機殼上的感應電壓也主要通過接地線阻抗Lcb來直接到達目標的車體，進而經過和車體相連的接地電阻R1加上長線電纜的阻抗L1回到牽引逆變器中。除此之外，就是在流經Lcb的同時經過牽引逆變器的EMI電容CEMI回到牽引逆變器中。但是，處于軸電壓的高變化率，du/dt的交變電壓也會存在變化。因此，在具體實施過程中，要盡量減少L1和R1或者CEMI中的電阻和電感值，這也能達到很好的低軸電壓的效果。根據相關數據顯示，在現場試驗過程中，通常也會采用兩組接地電阻的形式R1來并聯以及縮短電纜長度將電阻降低到L1上，同時也會利用無感電容，也就是CEMI來有效降低軸電壓。通常來說，軸承電蝕問題出現的原因大部分歸結于軸承內外圈之間存在軸電壓，上述幾種方式也各有優缺點，需要根據具體情況進行選擇。

4結束語

當地鐵車輛發出異常的響聲或者牽引電機發出聲音時，就要考慮軸承的問題，還要檢查軸承是否受到了電腐蝕的影響。本文主要是針對軸承電腐蝕引起的牽引電機發出異響以及相應的抑制技術進行研究，并提出了一些解決措施。當然，導致地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕或發生異響的原因還有很多，還需要不斷進行研究。但是，解決這一問題也可以有效的提高地鐵車輛中牽引電機的使用壽命和使用效率，也可以在一定程度上保證地鐵車輛的穩定運行。

參考文獻：

[1]閆光臨，支永健，陳湘， 等.地鐵車輛牽引電機軸承電腐蝕原理及抑制技術研究[J].機車電傳動，2019，（4）：102-106.

[2]黃初平，謝述武，鐘武凌.深圳地鐵抑制車輛牽引電機軸電壓的探索[J].城市軌道交通研究，2019，22（9）：164-167.

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