大容量電動機軸電流消除裝置的研究及應用

劉向萍 李兆軍

(1、銀川能源學院,寧夏 銀川 750100 2、寧夏西北駿馬電機制造股份有限公司,寧夏 石嘴山 753001)

電動機[1]運行時,由于軸承中的絕緣潤滑油膜被破壞,在轉軸與軸承之間存在著電流,這種電流稱為軸電流。

軸電流往往容易產生在大功率電動機中,容易擊穿原來的絕緣墊,在轉軸、軸承內圈、軸承外圈、軸承室構成回路,于是轉軸軸承外和軸承內圈的表面會因電弧放電產生小而深的圓形蝕點或條狀電弧傷痕,破壞軸承及軸,嚴重時足以把軸頸和軸瓦燒壞。

1 目前采用導流裝置造成電機故障的現狀

大型電機及變頻電機在正常工作時軸上軸電流的存在,一直困擾著電機生產廠家產品的質量。電機生產廠家目前主要采取的防范措施有以下兩種：(1)引流：在電機驅動端安裝接地碳刷,接地碳刷接地,且與轉軸可靠接觸,使轉軸電位為零電位,可將電機軸上的靜電荷引向大地,以此消除軸電流(但是往往達不到效果)。該措施一般在發電機上運用較多,在大型交流電動機上也偶有運用。(2)阻斷：軸電流形成的重要條件之一就是構成回路。在電機非驅動端的軸承蓋和軸承之間加裝絕緣墊或采用絕緣軸承,隔斷軸電流的回路,是多數電機生產商采用的措施。以上兩種方案,采用接地碳刷和絕緣墊效果依然不好,不能將軸電流降低在最低的允許范圍內。使用絕緣軸承效果好,但是成本高。

通過電機出廠試驗數據比較,第一種方法對大功率電動機軸電流的降低效果依然不好,不能將軸電壓降低在U1<0.3v 以內。第二種方法通常使用絕緣軸承或絕緣端蓋來隔離軸電流,雖然對軸電流的降低效果較好,但這樣是其存在問題的,由于僅僅是隔離了電流通過電機軸承的流經途徑,軸電流還是會通過與其連接的負載設備的軸承進行放電,造成負載設備的損害,因此造成的危害不可估量。電機正常工作時,高頻循環軸電流流向見圖1,低頻軸電流流向見圖2。

圖1 高頻循環軸電流流向

圖2 低頻軸電流流向

2 造成軸電流產生的原因分析

通過當前的運行工作實際情況進行分析,采用現有的導流方法,大功率電機運轉時,依然存在軸電壓,且造成轉軸燭點,軸承內圈條狀電弧傷痕,有時甚至會燒毀電機[2]。軸電流對電機質量的影響,軸電流燒毀的電機可見圖3。

圖3 軸電流燒毀的電機

通過人、機、料、法、環、測幾個方面的綜合分析,找出造成電機運行時間短及轉軸與軸承質量問題的關鍵點：(1)轉軸與軸承間的潤滑油膜不均勻；(2)電機運轉時產生高頻脈沖或電勢差。

3 新設計方案的探討

3.1 從電機運轉時產生高頻脈沖或電勢差為入手點解決問題

電機工作時,電動機往往采用變頻器供電,因電壓源含有高次的諧波分量,在電壓脈波分量的作用下,定子繞組線圈端部、接線部分與轉軸之間產生電磁感應,導致轉軸的電位發生了變化,從而產生了軸電壓[2],為了減小軸電壓的分量,在機殼上安裝一個接地碳刷或采用絕緣軸承[3]。

3.2 從轉軸與軸承間潤滑油膜不均勻為入手點解決問題

如果轉軸與軸承間潤滑油膜太多,那么潤滑效果好,會導致電機腔內有油膜或向外漏油。油量多時(因為潤滑效果好),油量少時(因為影響腔內其它部件的正常使用),因此在確定保證潤滑油脂量合適的情況下,保證電機質量。要控制婦潤滑油脂劑量,因為要保證腔內其它部件的正常使用；但是,潤滑油脂量少,容易擊穿油膜放電,導致灼傷或損壞設備。針對存在的問題可在空間上進行分離。在轉軸與軸承間的空間上,通過增加擋圈和絕緣墊,見圖4,提高運行穩定性。

圖4 擋圈和絕緣墊

4 新裝置結構設計

針對存在問題需要研制[4]一種既導流效果好又成本低的釋放軸電流裝置來解決軸電流危害問題。這樣既可以解決行業問題又可為企業降低成本。針對存在問題,通過跟蹤、改進、驗證,目前已研制一種既操作性強又導流效果好的裝置[4],見圖5。采取上述措施,使電機的運行狀態更加穩定,其導電環采用的單根纖維直徑7um,被紫銅管束縛,形成集束導電刷,每一集束導電刷包含48000 根導電纖維,有效截面積為1.846 平方毫米,見圖6。該裝置與以往的方案相比,在行業內具備大規模推廣的價值。

圖6 導電環

5 結論

釋放軸電流裝置裝入電動機非軸伸端后,帶負載進行型式試驗,運轉30 分鐘,檢測軸電壓的數值,根據其值驗證釋放軸電流裝置的導流效果。用戶實測試驗結果見表1,軸電流流向見圖7、8。軸電流通過導電環流入大地或電機機殼。

表1 用戶使用后實測試驗結果

圖7 低頻循環軸電流流向

圖8 高頻循環軸電流流向

該導電環便于裝配,可操作性強大；成本低,在行業用途廣泛；使電機正常工作時,無振動、噪音及發熱等質量問題。從質量檢查記錄可以看出,增加新裝置以來,不僅提高了電機的運行質量,大大減少了軸承和軸的損壞數量,節省了維修及返司成本,而且為公司帶來了經濟效益。