大中型電動機軸電流的分析與防范

寧志偉

摘 要：大中型電動機中，軸電流的存在對于電動機的軸承使用周期具有非常大地破壞性，根據(jù)最近幾年的現(xiàn)場檢修實踐，還有設備實際的運行情況，對于大型電動機軸電流產(chǎn)生的原因，還有危害分別進行分析，探討防范措施，提出加強轉軸與軸承座間絕緣，以及保持軸與軸瓦之間潤滑絕緣介質(zhì)油的純度，還有在大型電機軸端安裝接地碳刷，解決了電動機由于軸承損壞及更換帶來的直接和間接經(jīng)濟損失。

關鍵詞：大中型電動機;軸電流;防范措施

前言：電動機軸承的使用周期，會受到軸電流的存在的嚴重影響，并且具有非常大的破壞性。根據(jù)對于現(xiàn)場實際運行情況的分析，可以找到軸電流產(chǎn)生的各種原因，探討大中型電動機軸電流的防范措施，可以降低軸電壓，切斷軸電流回路，增加回路阻抗，在根本上解決軸電流危害導致出來的問題。

1.電動機軸電流的產(chǎn)生

軸電壓通過電動機軸、軸承、定子機座或輔助裝置構成閉合回路，就能夠產(chǎn)生軸電流。

在正弦交變的電壓下，通常情況下，交流異步電動機就可以運行，正弦交變的磁場中，轉子能夠旋轉。有的時候，可能會產(chǎn)生同軸相交鏈的一種交變磁通，在電動機進行運行時，還會伴隨著電動機的磁極轉換，轉軸被交變磁通所切割，與電磁發(fā)生感應，產(chǎn)生出一種交變電勢，最后在電動機的軸承及轉軸之間，或者兩軸承之間，可以產(chǎn)生軸電壓。

延軸向產(chǎn)生的軸電壓，可以與電動機軸承、轉軸、定子基座，或者輔助裝置與大地一起，在電動機運行過程中，構成一種閉合回路，就會產(chǎn)生軸電流，詳見圖1。

2.軸電壓和軸電流產(chǎn)生的原因

電動機軸承與轉軸之間產(chǎn)生的電壓，或者電動機兩軸承所產(chǎn)生的電壓，就是軸電壓，軸電壓的產(chǎn)生原因主要有五種，分別是：

2.1逆變電源供電運行產(chǎn)生軸電壓

因為電源電壓中，有比較高次的諧波分量，其在電壓脈沖分量的影響下，當電動機在逆變電源的作用下，在供電運行的過程中，會產(chǎn)生電磁感應，存在于定子繞組線圈的前面，以及轉軸之間，還有接線部分，使得轉軸的電位，在這個過程中產(chǎn)生了變化，進而產(chǎn)生軸電壓。

2.2靜電感應產(chǎn)生軸電壓

有非常多的高壓設備，都存在于電動機運行現(xiàn)場，存在于其周圍環(huán)境當中，這些高壓設備受到電動機運行現(xiàn)場比較強電場的影響，可以通過轉軸的兩端表現(xiàn)出來，從而感應出軸電壓的存在。

2.3磁阻不平衡產(chǎn)生軸電壓

電動機受到一系列疊裝因素的影響，比如說扇形沖片，再比如說極對數(shù)關系出現(xiàn)錯誤，還有硅鋼片鐵心材料的方向性存在問題。在這些疊裝因素的作用下，有剩余磁通產(chǎn)生出來，且其是在通風孔中存在，不僅如此，鐵心槽等裝置中也會有剩余磁通存在著。隨后不平衡的電阻也就在磁路的產(chǎn)生過程中，與軸相交鏈的交變磁通一起，在電動機中產(chǎn)生變化，軸電壓也在軸的兩端感應了出來。

2.4外部電源的介入產(chǎn)生軸電壓

因為接線在運行現(xiàn)場是數(shù)量比較多的，特別是在保護和測量大型電動機元件的時候，因為接線數(shù)量更多，軸電壓會在接線頭搭接在轉軸的時候立即產(chǎn)生。

2.5其他原因

當然，還有一些其他原因也會產(chǎn)生軸電壓，比如在積累靜電荷的過程中，還有在測量元件絕緣破損時，還有很多，諸如此類，這些因素都可能導致軸電壓的產(chǎn)生。

3.大中型電動機中軸電流的危害分析

目前，滾動軸承廣泛應用于現(xiàn)代大中型異步電動機的制造過程當中，因為滾動軸承有很多優(yōu)勢，比如運行比較可靠、在使用過程中維護比較方便、起動性能比較好，在較為中等的速度下，承載能力相對來說比較高。在正常的情況下，電動機的軸電壓是相對來說比較低的，軸承和轉軸之間的潤滑油膜，可以在電動機的運行過程中起到一個絕緣的作用，使其不產(chǎn)生軸電流。但是受到某些原因的影響，如果軸電壓增大到一定的程度，或者電動機在起動的一瞬間下，也就是油膜沒有穩(wěn)定形成的時候，如果沒有采取相應的措施，輸電壓有可能擊穿潤滑油膜，在放電過程中形成閉合電路，從而產(chǎn)生軸電流。

3.1故障現(xiàn)象

軸電流通過轉軸和軸承的金屬接觸點，因為這個金屬接觸點的面積相對來說比較小，因此這些金屬接觸點的電流密度比較大，致使在一瞬間內(nèi)，產(chǎn)生了高溫，導致軸承的內(nèi)外圈，或者滾珠上許多微小區(qū)域受到局部的燒熔，在輾壓力的影響下，被燒熔的軸承合金會發(fā)生飛濺，導致在軸承內(nèi)的表面上，會燒出許多麻點，如果嚴重的話，還會出現(xiàn)裂紋，導致振動和噪聲能夠產(chǎn)生。

轉子還有軸承之間的摩擦和損耗會因為麻點的增多而增加，升高了電動機軸承的溫度，使油膜的穩(wěn)定性，還有潤滑油的物理和化學性能都受到破壞，有時甚至會使?jié)櫥椭罅康匾绯鋈ィ绻麤]有及時地發(fā)現(xiàn)或者進行處理，可能會燒毀軸承，甚至直接影響到軸承的使用周期。

軸承盒，以及軸承外套，兩者配合，會出現(xiàn)一些問題，比如說在相對運動的時候，會產(chǎn)生磨損，這些都是因為溫度升高導致的。如果磨損比較嚴重，電動機的驅動端軸承會出現(xiàn)一定程度的位移，導致轉子的非驅動端，同驅動端不能同心，軸承徑?jīng)]有受到同等的力，導致“搓衣板”式的條狀電弧傷痕出現(xiàn)在軸承滾柱，還有內(nèi)套的上面，軸電流的頻率、線條的個數(shù)，還有電動機轉速和軸承內(nèi)的狀況，都存在著一定的關系。因為燒痕在輾壓的過程中，被逐漸地壓光和壓平，在滾動體繼續(xù)轉動的過程中，跑道的表面會逐漸地產(chǎn)生光亮。

目前，由于軸電流在電動機的軸承上，導致的燒損事故會比較少，所以檢修人員通常會忘記軸電流的存在。但是當發(fā)生嚴重的故障事故時，軸承小蓋的磨損，還有軸承盒的磨損都會比較嚴重，電動機的振動也比較大，機械劃傷的痕跡，會導致大部分的放電麻點被掩蓋掉。

3.2軸電流對軸承的危害

假如，p是電動機的極對數(shù)，n是定子鐵心接縫數(shù)，那么n/p這個分數(shù)就可以簡化為n/p。如果n是偶數(shù)，軸電流就不會產(chǎn)生;如果n是奇數(shù)，就可能產(chǎn)生頻率為fn的軸電流。其中f是電動機的電源頻率。

雖然受到各種原因的影響，電動機產(chǎn)生的軸電壓相對來說比較低，大概在0.5伏至2伏之間，但因為Z=r+jwL，電流回路阻抗比較小，因此會產(chǎn)生比較大的軸電流，在很大程度上危害了電動機滾動軸承。凡是軸電流存在的條件下，就會在很大程度上影響滾動軸承的使用壽命，導致其特別短暫。也就是說，大中型電動機的軸電流問題必須受到人們的高度重視，在事情發(fā)生之前果斷采取措施，在最大限度下降低軸電流的危害。

現(xiàn)階段，我國還沒有明確地規(guī)定來對軸電壓，或者軸電流進行限值，但是有一些建議和規(guī)定，已經(jīng)被有關研究機構，以及個別的廠家所提出，比如眾所周知的西門子公司，該公司規(guī)定了，電動機的出廠空載軸電壓，要控制在350毫伏以下，一旦超過了350毫伏，軸承一定要處于絕緣的狀態(tài)下。在實踐過程中，對于滾動軸承來說，一定要將軸電壓控制在0.3伏以下，從而使軸電壓對于滾動軸承的危害降到最低。

4.大中型電動機軸電流的防范

針對軸電流形成的各種原因，通常情況下，要在現(xiàn)場采取一定的防范措施，簡要分析如下：

第一，如圖2所示，在軸伸端安裝接地電刷，使得接地電刷可以靠接地，保證轉軸電位為零電位，并且與轉軸達到可靠接觸，使電刷能夠被軸電流盡可能地通過，以此降低對于軸承的危害性。

第二，為了防止軸電流因為各種原因所產(chǎn)生，比如磁路不對稱，通常情況下，解決辦法是墊絕緣隔板，位置是非軸伸端的軸承座，以及軸承支架的地方，在這個過程中，軸承座的固定螺釘，還有定位銷釘，也同樣需要套上絕緣套管，來切斷軸電流的回路，詳見圖3。在這個過程中，工作人員要經(jīng)常用兆歐表進行測量，檢查軸承座的絕緣強度，以此保證絕緣墊能夠始終在絕緣的作用下，并且絕緣不可以低于0.5兆歐。

第三，為了避免不應該出現(xiàn)的軸電流隱患發(fā)生，同時避免軸電流因為其他導線的絕緣破損而產(chǎn)生，通常情況下，要求檢修運行人員，應該進行細致地檢查，同時加強絕緣，從而使軸電流隱患得以消除。

第四，軸承還有轉軸之間的潤滑油是比較耐高溫的，在散熱、潤滑、還有起絕緣的作用下，一定要定期，并且保質(zhì)保量地對其進行檢查，只有在這樣的情況下，才能夠滿足電動機的運行要求，使得軸電流能夠絕緣。

第五，對于新投入運行的電動機，還有運行一年左右的電動機，工作人員要特別加強巡視和檢查頻率。一旦發(fā)現(xiàn)電動機存在異常現(xiàn)象，應該及時地采取相應的措施加以解決，從而使軸電流對電動機的危害能夠降到最低。

經(jīng)過實踐可以證明，如果嚴格按照上述的方式進行處理，得到的軸承使用周期可以大大提高，從原來的幾十個小時，提高到幾百、幾千個小時，甚至上萬個小時，效果是非常明顯的。特別是，防范高壓電動機軸電流，其效果特別好，不但減少了生產(chǎn)安全隱患，降低了維修費用，而且提高了經(jīng)濟效益。

5.改進軸電流后的大中型電動機運行情況

電氣專業(yè)人員一定要重點關注，產(chǎn)生軸電流諸多原因，如果發(fā)現(xiàn)了問題，一定要及時進行處理，避免發(fā)生事故，從而保障電動機裝置能夠穩(wěn)定地進行生產(chǎn)。經(jīng)過處理之后的電動機負荷側轉軸加電刷，在空載的情況下，試運行一小時，然后解體進行檢查，發(fā)現(xiàn)一切正常。然后，在帶負載的情況下運行4小時和10小時，然后在分別對軸承的溫度進行測量，兩種情況下溫度都是40攝氏度。運用相同的處理方法來處理十臺電動機，運行三年都沒有出現(xiàn)任何異常，發(fā)現(xiàn)軸電流對軸承的危害被徹底避免了，同時增加了經(jīng)濟效益。

結語

綜上所述，通過以上的分析，可以得到有很多原因可能導致軸電流的產(chǎn)生，軸電流產(chǎn)生以后，具有非常大的危害性。現(xiàn)階段，在大中型電動機中，國內(nèi)外使用的滑動軸承通常采用的都是N-END非負荷端，可以防止軸電流產(chǎn)生，其形式是增加周絕緣。經(jīng)過現(xiàn)場的實踐，通過上述處理的軸電流，已經(jīng)非常小了，基本上可以忽略不計，基本上不會危害電動機。

參考文獻

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