摘 要：闡述采用逆變器供電的變頻電機，因電（diàn）源存在許多高壓脈衝，高頻（pín）諧波（bō）增多，以及電動機鐵心磁路不平衡等，在電機繞組和（hé）轉軸（zhóu）上產生感應電壓（yā）。為減（jiǎn）少軸電流的危害，除電（diàn）機製（zhì）造需滿足磁路平（píng）衡外，提出加裝電源濾波器，前後軸承（chéng）都要（yào）絕緣處理等防止變頻（pín）電動（dòng）機軸電流（liú）危害的措施（shī）。
關鍵（jiàn）詞：變頻電動機；軸電流（liú）；防（fáng）止
1 引言
通常在大型電機中特別是采（cǎi）用扇形衝片（piàn）迭製鐵心（xīn）的電（diàn）機，如果（guǒ）磁場不對稱等易產生軸電流。近年來采用變頻調速驅動裝置的小（xiǎo）電機也出現不容忽視的軸電流，導致小電（diàn）機的軸承過早損壞，直（zhí）接影響和降低（dī）了電動機運行（háng）的可靠壽命，引起電（diàn）機用（yòng）戶和電機製造廠商的關注。
2 軸電流的危害
變頻（pín）電機軸端安裝的輔助裝置如測速計、編碼器等，易與兩軸承或兩軸承之（zhī）一構成軸電流回路（見（jiàn）圖1電流數學模（mó）型圖）。該軸電流對電機（jī）軸承造（zào）成（chéng）破壞，對測速計、編（biān）碼器（qì）等輔助裝置的安全構成威脅（xié）。
在電機（jī）正常運轉情況下，軸承內形（xíng）成（chéng）一層潤滑油膜，能起一定的絕緣作用（yòng），即使電（diàn）機運轉出現較低的軸（zhóu）電壓（yā），也不會產生軸電流。但是當軸電壓高到一定（dìng）數值時，將會擊穿油（yóu）膜而放電。尤其（qí）是在電動機（jī）啟動時，軸承內的潤滑油膜還（hái）未穩（wěn）定建立，瞬即產生的軸電壓將擊穿油膜的薄弱部位放電，形成軸電流。當放電部位的（de）金屬接觸點（diǎn）很小時（特別（bié）是（shì）滾珠軸承），則流經這些點的電流密度（dù）就會很大，在瞬間產生高溫，使軸承（chéng）局部燒傷，在滾珠或滾（gǔn）道上（shàng）燒出小凹坑（kēng）。如（rú）果長期有軸電流，小（xiǎo）凹（āo）坑（kēng）麻點（diǎn）就會增多，滾動軸承的滾道上甚至出現凹槽，或灼傷（shāng）滑動軸承的軸頸和（hé）軸瓦甚至軸承完全損壞，從（cóng）而產生噪聲、振動或停機。爆炸性危險（xiǎn）環境運（yùn）轉的電機，過大的軸電流產生的（de）過（guò）熱或（huò）火花，將可能引發爆炸等惡性事故。
電動機所容許的軸電壓、軸電流的大小與軸承類型、運行狀態、潤（rùn）滑油質、轉速、安裝質量、現場運行環境和軸電流流經路（lù）徑的阻（zǔ）抗等許多因素有關（guān）。
幾乎（hū）所有的（de）電機運轉（zhuǎn）時或多或少都會產生軸電壓，一般來說，若軸兩端產（chǎn）生的軸電壓達到500mV，就容易產生有害的軸電（diàn）流，美國NEMAMGI標準（zhǔn）規定，按IEEE112標準進行試驗，如（rú）果軸電壓峰值大於300mV時即需采取絕緣措施。
軸（zhóu）電流的大小對滑動軸承和（hé）滾動軸承的影響略有不同，對（duì）滑動軸承而言，若軸電流（liú）小於10A，基本（běn）無燒蝕，軸電流值達10-40A，則隻能維持運轉3000-12000h，若軸電流高達100A以上（shàng）就非常危險，可能（néng）數小時內將會燒毀。
對滾（gǔn）動軸承而言（yán），由於滾珠（滾柱）與軸承（chéng）內外圈滾道的接觸麵積小，對軸電流的敏感比滑動軸承更大，軸電流給（gěi）滾動軸（zhóu）承造成的損傷及破壞更（gèng）厲害。當軸電（diàn）流大於（yú）2A時，幾小時內即可能損傷；若軸（zhóu）電流（liú）達1-1.4A，軸承隻能繼續運轉200-700h；軸電（diàn）流隻有低於1A時（shí），一般滾動軸承才（cái）能無大傷（shāng）害的運行。
3 變頻電動機軸電壓、軸電流的產生
（1）變頻電動機（jī）是由逆變器提供電（diàn）源，逆變器部分多采用脈寬調製技術（PWM），電壓波（bō）形存在許多高壓脈衝，致使調速驅動係統中高頻諧波成分（fèn）增多，這些諧波分量在轉軸、定子繞（rào）組和接線部分等產生電磁感應，繞組中點（diǎn）電位可能遠離接地點，這種共（gòng）模電壓以高頻振蕩並與（yǔ）轉子容（róng）性耦（ǒu）合（hé），產生轉軸對地的脈衝電壓，峰值可達10-40V
[2]。
（2）電動機（jī）的鐵心（xīn）磁路不平衡，如整圓定子衝片各向厚度不均勻，使定位迭壓後整個定子鐵心累計厚（hòu）度出現（xiàn）一邊厚、一邊薄或一邊鬆、一邊（biān）緊，造成定子鐵（tiě）心圓周磁路不對稱，采用扇（shàn）形衝片以及鐵心槽、通風槽不適（shì）當等也會造成磁路不對稱，當不對稱的磁場切割電機轉軸時，就在（zài）軸兩端（duān）感應出軸（zhóu）電壓（yā）。
（3）電動機運行現場如（rú）果電機周圍有較多的高壓設備，那麽在這些強磁作用（yòng）下，電動機轉軸兩端也會感應出軸（zhóu）電（diàn）壓。
（4）外部電源的（de）介入。由於電動機運行現場接線一般（bān）比較繁雜，如電機的保護和監（jiān）控檢測元（yuán）件，輔助裝置的測速計（jì）、編碼器、冷卻風（fēng）機等，任何一根帶電導線塔接到轉軸上都可能造成軸電壓的產生。
有軸電壓的電機轉軸（zhóu），一旦與（yǔ）電動機殼體，如軸承潤滑油膜被擊穿和測速計、編碼器等輔助裝置或聯軸裝置等構成回路（見軸電流數學模型圖）就產生具有破壞性的軸電流。
4 變（biàn）頻電機軸電流的防止
4.1 抑製電源諧波
采用逆變器供電的調速係統加裝濾波器或配套（tào）的變頻調速裝（zhuāng）置加（jiā）設共模濾波電路，提供高質量的正弦波電源，以降低（dī）諧波、減少軸（zhóu）電流（liú）、噪聲、振動和電機溫升（shēng），延長軸承、繞組和電（diàn）機的壽命，確保（bǎo）電機軸承和測速計、編碼器等輔助裝置的安全。
4.2 兩端軸承都采取絕緣（yuán）措施
如果變頻電機軸頭安裝有如測速計（jì）、編碼器等輔助裝置時，不但電動機非傳動端軸承需采取絕緣措施，傳動端（duān）也需進行絕（jué）緣，以切斷軸電流通過傳動端軸承構成回路（見圖1）。
采用滾動軸（zhóu）承結構的（de）軸（zhóu）承應選用絕緣軸承，也可在軸承內圈內（nèi）表麵和端麵用等離子噴塗法均勻噴塗50-100μm高性能絕緣（yuán）層，也可在（zài）軸承外圈外表麵和兩端麵上噴塗絕緣層，但外（wài）圈的絕緣層在拆裝端蓋時易受劃傷，從（cóng）而喪失絕緣能力。也可在端蓋軸承室加套，套與端蓋間夾墊絕緣層，緊固內外蓋的螺栓加絕緣套管和絕緣墊等，這種結構（gòu）和工藝都相（xiàng）對（duì）複雜。
采用滑動（dòng）軸承的結（jié）構，采用傳統方法是在固定軸承部位加墊環氧玻璃布板等。進出油的管道（dào）加絕緣管接（jiē）頭
[1]。
4.3 電（diàn）機設計和製造采取（qǔ）的措（cuò）施
（1）采用滾動軸承結構的電機（jī）轉（zhuǎn）軸（zhóu）的前後軸承台及其軸肩采取絕緣措施（shī），如等離子均勻噴塗50-100μｍ厚的高性能耐熱陶瓷絕緣（yuán）層。
（2）電機設計和製造（zào）方麵力求電機磁路要達到基本平衡，如整圓衝（chōng）片（piàn）的鐵心迭製可將各（gè）向厚薄不均的衝片轉120°迭製（zhì）。采用扇形衝片時，按電機的極數P、每（měi）一（yī）圓周的張數t、循環交錯迭片的循環層數n，需滿足q=nt/p=偶（ǒu）數或分子為偶數的Z高單分數
[1]。
4.4 連（lián）軸采取絕緣措施
為了提高輔助裝置的安全度，切斷（duàn）電動機的軸與負載機械、連軸輔助裝（zhuāng）置如（rú）測速計、編碼器之間形成軸（zhóu）電流的通路（見圖1），還必（bì）須采取一些特殊（shū）措施，如直接聯接在電動機軸（zhóu）上的連軸宜加以絕緣等。
4.5 監測線路加強絕緣（yuán）
為了避免（miǎn）變頻電動機各監（jiān）測裝置和輔助裝置的（de）導線絕緣（yuán）破（pò）損造（zào）成的軸電流，現場運行及維修人員需經常細致檢查並加強其絕緣（yuán），以消除不應有（yǒu）的軸電流隱患。
4.6 改善電機運行環境
電動機運行現場應與高壓強電場設備保（bǎo）持適當距（jù）離，避免在電動機（jī）旁邊進行不適當的接（jiē）地電弧焊，消（xiāo）除在（zài）生產過程中產生的（de）靜電，減（jiǎn）少對電機磁平（píng）衡的幹擾。
4.7 運行輔助措施
現場運行的電（diàn）動機，若出現較大的破壞性軸電流（liú）或周圍環境潮濕的中大型電動機，如上述各絕緣措施（shī）因故不便實施或達不（bú）到要求時，可在電動機兩端軸承的（de）內（nèi）側加裝接地電刷
[1]，將軸電流導（dǎo）入地中，避免電動機軸（zhóu）承（chéng）燒壞，保護輔助裝置和監測裝（zhuāng）置的安全。
5 結束語
一（yī）般根據變頻電動機電源供電的品質、電（diàn）機大小（xiǎo）、軸承類型、聯軸裝置（zhì）、監測（cè）裝置和電機運行（háng）環境以及變頻電動機的軸電壓大小等具體情況分別采用以上措施就可以減少軸電流的危害，延長軸承（chéng）的運（yùn）轉壽命，提高變頻（pín）電動機運行的可靠性。
參考文獻
[1]陳世（shì）坤（kūn）.電機（jī）設計.北京：機械（xiè）工業出版社（shè），1992.10.
[2]粱（liáng）慶信譯自（zì）（PTdesign）.感應軸承電流.中小型（xíng）電機.2002.3.
來源：《防爆電機》2003年第2期（總第115期）
