变频调速电机轴电压和轴电流问题及解
决措施
2017年12月
目录
1变频调速电机轴电压和轴电流问题的种类和形成原因 (1)
2低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的重要性 (2)
3低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的难点 (3)
4.一般变频调速电机轴电压和轴电流问题的解决方案 (4)
5.低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的解决方案初探 (5)
4变频调速电机轴电压和轴承电流试验测试 (11)
1变频调速电机轴电压和轴电流问题的种类和形成原因
电机运行时，轴承两端之间产生的电位差称之为“轴电压”，该电压加在由
电机转轴、轴承、端盖、机座构成的回路中，从而引起了轴承电流（该电流也可
能通过联轴器传递至传动机械，见图1）。轴承电流一般存在3种不同的形式：
环路电流、 dV／dt电流和EDM(electrical discharge machining)电流。这3
种不同的形式可以单独出现，也可以同时出现。
图1
环路电流：正弦波驱动的电机系统中电机的
结构上的不对称、气隙不均匀等）。不对称的磁路会在
磁轭产生环形交流磁通（环状磁通），从而产生交流感
应电压。当感应电压破坏轴承润滑剂的绝缘能力时，就
会有电流流过此回路。流经途径为导电的电机轴、机壳、
轴承沟道、滚动体等。图2为环路电流可能流经的各部
分零部件所组成的通路。图2
dV／dt电流：PWM逆变器中，由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，
电源电压将不可避免的产生零点漂移，从而产生高频的共模电压。由于寄生
电容Cwr的存在，在电机轴上会形成轴电压Vshaft。由于电机端输入的是
PWM脉冲电压，这些脉冲序列电压耦合到电机轴上会得到交变轴电压，经过
轴承电容流到大地，从而产生形成dV／dt轴承电流。dV／dt电流一般只有
0.1～0.15A，主要为高频分量，对轴承影响很小，主要是持续不断地腐蚀着
轴承上的润滑剂，最后造成电介质击穿。
EDM电流：第3种形式的轴承电流是由内外圈的间隙（包括油膜）电容放电引起的轴承电流，又叫EDM电流。在正常情况下，由于润滑油膜的作用，电机轴承呈现较高的阻抗，这些能量找不到途径来释放，但是当滚柱接触轴承沟道时，或者当轴电压Vshaft高于润滑油膜的击穿电压，造成润滑油层击穿时，就会呈现较低的阻抗，积聚在间隙电容上的能量通过轴承进行放电，形成轴承电流。这个放电电流通常比dV／dt电流大得多，严重时会在轴承内形成电弧。这种形式的轴承电流对电机轴承造成危害最大的电流形式。
在一般文献中，还有一种转轴接地电流，即认为泄漏到定子机座中的电流需要回到它产生的源头——变频器中。任何回流的路线都包括阻抗，因此与地电平相比机座电位更高。如果电动机转轴经传动机械接地，那么电动机轴承将承受机座施加的电压。如果该电压的施加超过了油脂润滑膜的绝缘能力，那么就会有部分电流流经轴承、转轴和传动机械再返回至变频器。这种电流可以认为综合了dV／dt电流和EDM电流等多种轴承电流的类型。
2低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的重要性
根据资料显示，一般认为超过400kW（也有部分资料认为超过100kW）的电机应考虑轴电压和轴电流的保护措施。据测试，1200kW的高压电机负载时的轴电压可以超过2.6V，而美国NEMA MG1（2006）规定，轴电压峰值大于300mV需要采取绝缘措施。低压大功率电机目前的轴电压和轴电流的情况还需要通过试验进一步的探索。
对于中小功率电机，其轴电压与轴电流的危害较小，一般不做特别处理。而对于低压大功率变频调速电机，与小功率电机相比在轴承两端存在较显著的轴电压——由于低压大功率变频调速电机的磁路不对称程度大、大功率变频电源的高频共模电压以及大型的轴承内外圈的间隙（包括油膜）电容放电等不同原因，引起了不同形式的轴承电流。因此，研究轴承电压和轴承电流的存在机理和抑制技术，将不仅仅是对于低压大功率变频调速电机研制很重要，还将启发对其他类似
《大氮肥》——大型异步电动机轴电流的分析及防范 频道：电机发布时间：2009-11-10 在大型异步电动机或汽轮机组检修时，如2006年化肥装置空气、合成气、氮气、氨气、二氧化碳五大汽轮机组接地碳刷检修，1998年4月Ⅲ加氢装置原料油泵高压电机抽芯对轴瓦座上电气绝缘的损坏更换，2007年3月对20×104t／a聚丙烯装置ABB的6700 kw的挤压机主电机检修及轴瓦损伤情况检查等发现，检修过程中无论是机械技术人员还是电气专业技术人员，对机组的接地碳刷或滑动轴承瓦座上的电气绝缘情况都不太重视，对由此涉及的轴电流问题也不是很清楚。实际上，大型电机轴承轴电流故障危害极大，会导致轴承的使用寿命缩短，有的运行1～2个月，有的运行几天就会出现噪声和振动。大功率电机一旦出现轴电流，严重的甚至几分钟内轴承就会烧毁，大则导致转轴扫膛。考虑到轴电流对大型电机的影响，有必要对轴电流问题进行分析和探讨。 1轴电压、轴电流的产生 1．1磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在，产生轴电势交流异步电动机在正弦交变电压下运行时，其转子处在正弦交变的磁场中。当电动机的定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时，便产生与轴相交连的交变磁通，从而产生交变电势。当电动机转动即磁极旋转，通过各磁极的磁通发生了变化，在轴的两端感应出轴电压，产生了与轴相交连的磁通。随着磁极的旋转，与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。一般情况下这种轴电压小于5V，大约为1～2V。磁路磁场不平衡，有以下几种可能的原因： 1)由于某些槽内线圈或导体数或多或少的原因引起。 2)转子运转的不同心，造成定转子气隙分布不均，因此磁路磁阻不均匀。 3)设计及制作工艺方面的原因。如在设计时电动机选择扇形片数与极对数关系不正确；由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。 4)铁芯材料的原因。如果铁芯材料均质性差而且各向异性，则磁路所在区域垂直于磁通密度曰的横截面上曰值分布不均，导致磁路磁阻不均匀。 1．2逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电压。 异步电动机的定子绕组是嵌入定子铁芯槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。而由于电动机磁路的不平衡，静电感应和共模电压产生又是产生轴电压和轴电流的起因。当定子绕组输入端突加陡峭变化的电压时，由于分布电容的影响，绕组各点电压分布不均，使输入端绕组接近端口部分电压高度集中而引起绝缘破坏或老化。这种现象一般破坏的部分是定子绕组，电压常集中于侵入的端点部位。
收稿日期:2002-11-20 于晓东 男 1974年生;毕业于佳木斯大学工学院电气工程系电气技术专业,现从事电气技术工作. 变频电机轴电流的防止 于晓东1 李振宇2 李积继 3 1 佳木斯合成实业有限责任公司,黑龙江佳木斯(154007) 2 东芝大连有限公司,辽宁大连(116600) 摘 要 阐述采用逆变器供电的变频电机,因电源存在许多高压脉冲,高频谐波增多,以及电动机铁心磁路不平衡等,在电机绕组和转轴上产生感应电压。为减少轴电流的危害,除电机制造需满足磁路平衡外,提出加装电源滤波器,前后轴承都要绝缘处理等防止变频电动机轴电流危害的措施。 关键词 变频电动机 轴电流 防止 Prevention of Bearing C urrent in Variable Frequency Motor Y u Xiaodong ,Li Zhenyu ,and Li Jiji Abstract The paper discusses that,for the variablei frequency motor fed from the inverter,inducted voltage appears at the winding and shaft because the power supply has many high voltage pulses,the high frequency harmonic increas es,and the magnetic circuit of motor core is not balance.To decrease the harm caused by bearing current,some measures,such as mounting the power filter and insulating the front and rear bearings are presented,in addition that the magnetic circuit is required to be balance in manufacturing the motor. Key words Variable frequency motor,bearing current,prevention. 1 引言 通常在大型电机中特别是采用扇形冲片迭制铁心的电机,如果磁场不对称等易产生轴电流。近年来采用变频调速驱动装置的小电机也出现不容忽视的轴电流,导致小电机的轴承过早损坏,直接影响和降低了电动机运行的可靠寿命,引起电机用户和电机制造厂商的关注。 2 轴电流的危害 变频电机轴端安装的辅助装置如测速计、编码器等,易与两轴承或两轴承之一构成轴电流回 路(见图1轴电流数学模型图)。该轴电流对电机 轴承造成破坏,对测速计、编码器等辅助装置的安全构成威胁 。 图1 轴电流数学模型 在电机正常运转情况下,轴承内形成一层润滑油膜,能起一定的绝缘作用,即使电机运转出现较低的轴电压,也不会产生轴电流。但是当轴电 18 防爆电机 (E XPLOSION-PROOF ELEC TRIC MAC HINE) 2003 年第2期(总第115期) 2003年6月30日出版
发电部关于#1发电机轴电压测量的说明 一、发电机轴电压测量目的： 发电机组由于某些原因引起发电机组轴上产生了电压，如果在安装或运行中，没有采取足够的措施，当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，便发生放电，会使润滑冷却的油质逐渐劣化，严重者会使轴瓦烧坏，被迫停机造成事故。所以在运行中，测量检查发电机组的轴及轴承间的电压是十分必要的，对于检修机组判定轴瓦绝缘是否良好具有重要意义。根据《电力设备预防性试验规程- DL/T 596—1996》，轴电压应小于10V。京海电厂#1发电机运行期间未进行轴电压测量，为了对近2年运行期发电机轴瓦绝缘情况准确判断，建议在B修前对#1发电机轴电压进行测量，发现问题，根据测量结果并在检修期内消除轴瓦隐患，有利于发电机长期稳定运行。 二、产生轴电压的原因 1.由于发电机的定子磁场不平衡，在发电机的转轴上产生了感应电势。磁场不平衡的原因一般是因为定子铁芯的局部磁阻较大（例如定子铁芯锈蚀），以及定、转子之间的气隙不均匀所致。 2.高速蒸汽产生的静电 由于汽轮发电机的轴封不好，沿轴有高速蒸汽泄漏或蒸气缸内的高速喷射等原因而使转轴本身带静电荷。这种轴电压有时很高，可以使人感到麻手，但它不易传导至励磁机侧，在汽机侧也有可能破坏油膜和轴瓦，通常在汽机轴上接引接地碳刷来消除。 为了消除轴电压经过轴承、机座与基础等处形成的电流回路，可以在励磁机侧轴承座下加垫绝缘板。使电路断开，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 三、发电机结构特点 我厂330MW发电机由东方汽轮发电机厂生产。发电机冷却方式为水氢氢。在发电机进行轴瓦座绝缘测量，绝缘值要求最小不得低于0.5MΩ，否则要对轴瓦进行干燥处理，规范轴瓦安装工艺，直至轴瓦对地绝缘合格。
变频电机轴电压与轴电流产生机理分析（一） 1 引言 当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。到90年代，以IGBT为功率器件的PWM逆变器作为电机驱动电源时，电机轴电流问题更加严重，且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。文献[1]指出，具有高载波频率（例如10kHz以上）的IGBT逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。Busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2]，并建立了PWM驱动下的轴承电流电路模型，但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。为讨论高频PWM脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理，本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上，分析轴电流产生的条件及形式，并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况，通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。 在抑制轴承电流方面，文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将PWM电压转换成正弦波电压，使电机工作在正弦波供电状态下，但该方法所串电感大，系统动态响应慢，同时电感上的压降和功耗增大。本文在逆变器输出端串小电感并辅以RC吸收网络，可有效抑制PWM 逆变器驱动下出现的轴电流。 2 共模电压与轴电压 一般认为，磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。在电网供电的普通电机中，人们一般比较重视磁路不平衡的影响。但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡，即电源电压的零序分量产生。由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，电源电压将不可避免地产生零点漂移，该电压将在系统中产生零序电流，轴承则是电机零序回路的一部分。 正弦波电源驱动时，通过计算可知=0。在PWM逆变器驱动下，的值取决于逆变器开关状态，且变化周期与逆变器载波频率一致。事实上，只是共模电压的一种表现形式，由于静电耦合，电机各部分间存在着大小不等的分布电容，因此构成电机的零序回路。根据传输线理论，一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π网络模型代替。 因此，电机分布参数电路可用集总参数电路来等效，形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示，其中Vbrg为轴电压，Ibrg为轴承电流，Va，Vb和Vc为电机输入电压。尽管Iws不流过轴承，但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径，势必对轴承电流有所影响。为便于分析，绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。为计算方便，将图2 a)简化为图2 b)所示等效单相驱动电路模型。图中Z1为电源中点对地阻抗，Z2为旁路阻抗，表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等；R0和L0为定子的零序电阻和电感；Csf、Csr和Crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容；Rb为轴承回路电阻；Cb 和R1为轴承油膜的电容和非线性阻抗；Usg和Urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。 对于采用逆变器供电的电机，当轴承油膜未被击穿时，由于载波频率高，电容的容抗大大减小，与Xcb相比，Rb很小而R1很大，由于PWM驱动电压为非正弦电压，计算时先将其分解，然后分别求取，轴电压有效值为： 3 轴承模型与轴承电流的产生 由于分布电容的存在和高频脉冲输入电压的激励作用，电机轴上形成耦合共模电压。事实上，轴电压的出现不仅与上面两个因素有关，且和轴承结构有着直接关系。转子前后端均
电机启动常见方法 1、定时自动循环控制电路 说明：（技师一） 1、题图中的三相异步电动机容量为，要求电路能定时自动循环正反转 控制；正转维持时间为20秒钟，反转维持时间为40秒钟。 2、按原理图在配电板上配线，要求线路明快、工艺合理、接点牢靠。 3、简述电路工作原理。 注：时间继电器的延时时间不得小于15秒，时间调整应从长向短调。 定时自动循环控制电路电路工作原理：合上电源开关QF，按保持按钮SB2，中间继电器KA吸合，KA的自保触点与按钮SB2、KT1、KT2断电延时闭合的动断触点组成的串联电路并联，接通了起动控制电路。按起动按钮SB3，时间继电器KT1得电，其断电延时断开的动合触点KT1闭合，接触器KM1线圈得电，主触点闭合，电动机正转（正转维持时间为20秒计时开始）。同时KM1动合触点接通了时间继电器KT2，其串联在接触器KM2线圈回路中的断电延时断开的动合触点KT2闭合，由于KM1的互锁触点此时已断开，接触器KM2线圈不能通电。当正转维持时间结束后，断电延时断开的动合触点KT1断开,KM1释放，电动机正转停止。KM1的动断触点闭合，接触器KM2线圈得电，主触点闭合，电动机开始反转.同时KM1动合触点断开了时间继电器KT2线圈回路（反转维持时间为40秒计时开始）。这时KM2动合触点又接通了KT1线圈，断电延时断开的动合触点KT1闭合，为下次电动机正转作准备。因此时串联在接触器KM1线圈回路中的KM2互锁触点断开，接触器KM1线圈暂时不得电。与按钮SB2串联的KT1、KT2断电延
时闭合的动断触点是保证在电动机自动循环结束后，才能再次起动控制电路。热继电器FR常闭触点，是在电动机过负载或缺相过热时将控制电路自动断开，保护了电动机。 2、顺序控制电路（范例） 顺序控制电路（范例）工作原理：图A：KM2线圈电路由KM1线圈电路起动、停止控制环节之后接出。按下起动按钮SB2，KM1线圈得电吸合并自锁，此时才能控制KM2线圈电路。停止按钮SB3只能控制M2电动机的停转，停止按钮SB1为全停按钮。本电路只有满足M1电动机先起动的条件，才能起动M2电动机。 图B：控制电路由KM1线圈电路和KM2线圈电路单独构成。KM1的动合触点作为一控制条件，串接在KM2线圈电路中，只有KM1线圈得电吸合，其辅组助动合触点闭合，此时才能控制KM2线圈电路。停止按钮SB3只能控制M2电动机的停转，停止按钮SB1为全停按钮。本电路只有满足M1电动机先起动的条件，才能起动M2电动机。
电机轴电流的分析 电 机 轴 电 流 的 分 析轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性， 根据现场实际运 行情况，分析其产生的原因，采取装设转轴接地碳刷、加强非轴伸端轴承座与支 架的绝缘等有效措施，从而从根本上解决轴电流危害的问题。 1 轴电流的危害 在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存 在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重 的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及 更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。 2 轴电压和轴电流的产生 (1) 磁不平衡产生轴电压 电动机由于扇形冲片、 硅钢片等叠装因素， 再加上铁芯槽、 通风孔等的存在， 造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴 的两端感应出轴电压。 (2) 逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压 脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。 (3) 静电感应产生轴电压 在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的 两端感应出轴电压。 (4) 外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、 测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。 (5) 其他原因 如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。 轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。 3 轴电流对轴承的破坏 正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。对于较低 的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。但是当轴电压 增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴 电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过， 由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局 部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小 凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状 是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。 4 轴电流的防范 针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施： (1) 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与 转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电
风力发电机轴电压轴电流对轴承影响及防范措施 摘要：风力发电机轴承失效频繁发生,在研究应用条件和调查轴承失效的基础上,基本确认了造成轴承失效的根本原因:双馈感应发电机变频驱动所导致的轴承过电流和相应的电腐蚀及润滑、磨损等。本文概述分析了轴电压轴电流产生的原理和造成的危害，详述了对轴电压的抑制措施，并在风电场推广应用，实践验证了轴电流抑制技术的有效性。 关键词：风力发电；轴承；轴电流；解决方案 Wind turbine generator shaft voltage and shaft current on the bearing and preventive measures CHEN Guo-qiang，CHEN Guo-zhong，XXX Shen Hua Ji Tuan Guo Hu(TongLiao)Wind power Abstract：Bearing failures of windturbine generator are occurring frequently. Based on application studies and bearing investigations main root causes have been identified: electrical current passage, electrical erosion respectively, due to frequency converter supply of doubly-fedinduction generator sand lubrication and wear related problems.This paper analyzed the cause of shaft voltage and shaft current and its related harm in doubly-fed wind turbine architecture. Measures to suppress the shaft voltage and shaft current are detailed and put into practice in pilot wind farms. The effectiveness of the measures are approved by field data. Key words:wind power generation；Bearing；Shaft current；The solution 一、研究背景 xx风电场，装有56台华锐SL1500机组，于2015年1月并网发电，在运行的2年中由于发电机轴承的损坏给机组正常运行产生了严重的影响，造成一定的经济损失。经统计2013年共计更换发电机驱动侧轴承19次，年损坏率达28%，更换非驱动侧轴承22次，年损坏率达33%，造成直接和间接经济损失近百万元，因此，研究发电机轴承的损坏原因并提出改进措施显得尤为重要。 二、研究目的
电机控制线路图大全 Y-△（星三角）降压启动控制线路-接触器应用接线图 Y-△降压启动适用于正常工作时定子绕组作三角形连接的电动机。由于方法简便且经济，所以使用较普遍，但启动转矩只有全压启动的三分之…，故只适用于空载或轻载启动。 Y-△启动器有OX3-13、Qx3—30、、Qx3—55、QX3—125型等。OX3后丽的数字系指额定电压为380V时，启动器可控制电动机的最大功率值(以kW计)。 OX3—13型Y-△自动启动器的控制线路如图11—11所示。（https://www.doczj.com/doc/d910699987.html,） 合上电源开关Qs后，按下启动按钮SB2，接触器KM和KMl线圈同时获电吸合，KM和KMl 主触头闭合，电动机接成Y降压启动，与此同时，时间继电器KT的线圈同时获电，I 星形—三角形降压起动控制线路
星形——三角形降压起动控制线路 星形——三角形（ Y —△）降压起动是指电动机起动时，把定子绕组接成星形，以降低起动电压，减小起动电流；待电动机起动后，再把定子绕组改接成三角形，使电动机全压运行。 Y —△起动只能用于正常运行时为△形接法的电动机。 １．按钮、接触器控制 Y —△降压起动控制线路 图 2.19 （ a ）为按钮、接触器控制 Y —△降压起动控制线路。线路的工作原理为：按下起动按钮 SB1 ， KM1 、 KM2 得电吸合， KM1 自锁，电动机星形起动，待电动机转速接近额定转速时，按下 SB2 ， KM2 断电、 KM3 得电并自锁，电动机转换成三角形全压运行。 ２．时间继电器控制 Y —△降压起动控制线路 图 2.19 （ b ）为时间继电器自动控制 Y —△降压起动控制线路，电路的工作原理为：按下起动按钮 SB1 ， KM1 、 KM2 得电吸合，电动机星形起动，同时 KT 也得电，经延时后时间继电器 KT 常闭触头打开，使得 KM2 断电，常开触头闭合，使得 KM3 得电闭合并自锁，电动机由星形切换成三角形正常运行。 图2定子串电阻降压起动控制线路
电动机轴电流引起的轴承烧损及防止措施 摘要：文章介绍了采用滚动轴承的大中型电动机轴电流产生的原因及其对电动机轴瓦造成的损害，并结合实践经验介绍了轴电流烧伤轴瓦的特征及处理方法。 关键词：轴承烧损；电动机；分析；轴电流；措施 某电厂一台新电机为沈阳电机股份有限公司生产，型号为YKK500－4，额定容量为800 kW，额定电压6 kV，额定转速1 490 r/min，额定电流94 A，F级绝缘，其电机轴承为滚动轴承，安装在某炉的二次风机上。自2002年8月24曰首次投运后，电机驱动端轴承温度出现异常，至9月1曰，温度达到86 ℃ ，电机6个测温点报警，同时驱动端振动增大，用远红外测温装置测量电机本体温度为60 ℃，国产黄油润滑脂大量以液体形式流出。因特殊原因，当时该炉不能停运，故只能采取紧急措施，用轴流风机对电机通风降温，电机驱动端轴承温度有所下降。 1检修及试运情况 2002年9月9曰，停炉后对电机进行解体检查，发现转子驱动端NU228E、6228E 2套轴承严重过热、变黑，轴承及轴承盒内已无润滑油脂，轴承盒内套磨出0.5 mm左右的沟槽，轴承盒外盖止口磨掉1 mm 左右，轴承盒内分布着大量黑色铁末；同时，轴承内套轨道存在大量麻坑，电机本体内外存有大量溢出的黄油，非驱动端NU228E轴承内套轨道上磨出多道划痕。电机轴承小盖及轴承盒磨损严重。 由于电机有振动现象，轴承小盖及轴承盒磨损也非常严重，当时检修人员认为是转子轴承机械配合不好。检修中更换了转子驱动端NU228E、6228E 2套轴承，非驱动端NU228轴承；更换了与轴承配套的耐高温润滑脂，重新制作了轴承盒并加装新内套。检查电机通风道未发现问题。检修完毕，电机通电运行30 min后，发现驱动端轴承温度已达86 ℃，决定立即停运。解体后发现轴承内套轨道有大量麻点，已不能使用。 2电机轴承烧损原因分析 从2次损坏的轴承内套看，其轨道上都存在大量麻点。仔细观察，发现这些麻点都是由放电产生。引起放电的原因是电机转子存在较大轴电压，在此电压下电机产生严重的轴电流，电流通过转子和轴承时发生放电现象，使轴承内套产生麻点。麻点又使轴承与转子间的摩擦阻力加大，轴承温度迅速上升。在电机首次投运后，曾出现轴承温度异常现象，此温度异常与轴电流引起的麻点有关，温度升高造成了轴承盒与轴承外套配合出现问题，引起轴承与轴承外套相对运动并磨损轴承盒外盖和内套；同时也使得轴承温度继续升高，黄油受热熔化溢出。由于磨损严重，电机驱动端轴承出现位移，造成转子驱动端与非驱动端不同心，轴承径向受力不均，致使轴承滚柱与内套磨出划痕。在第一次检修时，由于轴承小盖及轴承盒磨损非常严重，电机振动明显，机械划伤的痕迹掩盖了大部分放电麻点，再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少，从而使检修人员忽略了轴电流的存在。 由于滚动轴承维护方便、运行可靠，因此在中小型电机中得到广泛应用。但随着滚动轴承制造技术的发展，现代中型、大型电机在制造时也多采用滚动轴承。实际上，采用此种轴承的大、中型电机，只要有轴电流存在，滚动轴承的使用寿命就极其短暂。有的运行1～2月，有的运行几d甚至几h便出现轴承温度高、振动或噪音。因此，必须高度重视此类新投入运行的大、中型电机的轴电流。
BUILDING ELECTRICITY 2011年 第期 Jun.2011Vol.30No.6 6 *：国家科技支撑计划子课题，课题名称：村镇小康住宅规划设计成套技术研究（课题任务书编号：2006BAJ04A01），子课 题名称：村镇住宅设备与设施设计技术集成及软件开发（子课题任务书编号：2006BAJ04A01-3）。Xu Lingxian Sun Lan （China Institute of Building Standard Design &Research ，Beijing 100048，China ） 徐玲献 孙 兰（中国建筑标准设计研究院，北京市 100048） Explanation and Analysis of National Standardization Collective Drawings Control Circuit Diagrams of Common Electric Machines * 解析国标图集《常用电机控制电路图》摘 要 对多年来国家建筑标准设计图集 10D303-2～3《常用电机控制电路图》（2010年合订本，已修编出版发行）使用中遇到的疑问进行汇总、解析，以加深读者对10D303-2～3的理解。 关键词信号灯端子标志消防控制室的监控消防风机消防水泵 过负荷 水源水池水位 双 速风机 0引言 国家建筑标准设计图集10D303-2～3《常用电 机控制电路图》 （2010年合订本） （以下简称 10D303）适用于民用及一般工业建筑内3/N /PE ～220/380V 50Hz 系统中常用风机和水泵的控制，是对99D303-2《常用风机控制电路图》和01D303-3《常用水泵控制电路图》的修编。根据现行的国家标 准，对图集中涉及到的项目分类代码和图形符号进行了修改，并在原图集方案的基础上，增加了两用单速风机、平时用双速风机、射流风机联动排风机及冷冻（冷却）水泵控制电路图。根据节能环保的要求，增加了YDT 型双速风机的控制方案。并根据电气产品的发展，增加了控制与保护开关电器（CPS ）和电机控制器的控制方案，供设计人员直接选用。 10D303从立项调研、修编到送印，历经两年多的时间，期间收到了不少反馈意见和建议，为图集的编制提供了宝贵的建议，在此答谢。 《常用电机控制电路图》 （2002年合订本）发行 十余年中一直受到读者青睐，使用者涉及设计、生产和建造等多领域，通过国标热线和其他途径咨询问题的读者很多。问题中除风机和水泵的控制电路外，经常牵涉到现行的国家标准、制图要求和电气设计技术等多方面的内容，有些问题无法通过修编图集 10D303直接解决，因此借助《建筑电气》平台，把《常用电机控制电路图》经常咨询的问题归纳汇总、解析，以利于读者更好使用和理解10D303图集。 1有关国家标准、规范和制图要求的问题 1．1指示器（信号灯）和操作器（按钮）的颜色 标识 10D303中有关信号灯和按钮的颜色标识是依据国家标准GB /T 4025-2003/IEC 60073：1996《人-机界面标志标识的基本和安全规则 指示器和 作者信息 徐玲献，女，中国建筑标准设计研究院，高级工程师，主任工程师。 孙兰，女，中国建筑标准设计研究院，教授级高级工程师，院副总工程师。 Abstract The collective drawings of national building standard design 10D303-2~3Control Circuit Diagrams of Common Electric Machines （2010bound volume ）has been revised and published.This paper summarizes and analyzes the questions encountered during use over the years so as to deepen the readers 'understanding of the collective drawings. Key words Signal light Terminal symbol Fire control room monitoring Fire fan Fire pump Overload Water level of the water tank of water source Two -speed fans * 34 330
高压电动机轴电压的产生及其对策 摘要大容量电动机重新组装时易出现装配质量问题，例如轴电压对电动机会产生损坏。本文就高压电动机轴电压的产生及故障现象进行了分析，并提出了应对措施。 关键词轴电流；轴电压；电腐蚀 容量超过100kw的大、中型电动机和采用变频器供电的电动机，其特殊点在于转子需要定期抽出，进行保养，再组装起来继续使用。然而，有时会因此而发生装配质量问题，例如发生气隙不均匀等问题，使电动机运行时，在转子轴向产生数伏的电动势。在轴电动势的作用下，两侧轴承和大地等形成电流回路，这就是所谓轴电流。轴电流将对轴承造成损伤，从最初出现异常噪声和震动，直至发展到完全损坏。 有的电动机在制造时就设置了轴电流防止装置，设置时，应对轴电压进行测量，有利于设备的保全。 1 状况 有两台电动机相对安装，并带动负载机械做功，运行2年来一切正常，按规定，将转子1年两次抽出，进行保养后再组装起来继续运行。 该三相感应电动机额定电压3.3kw、额定功率600kw、额定频率60Hz、级数6，开启型、自空冷式，使用滑动轴承，轴承的润滑油用油泵来循环。 保养后2个多月，感到其中一台电动机的声音有异常，测定其噪声达90方。对现场的调查情况如下。 1）混杂在电动机旋转声音中，还能听到一种很尖厉的异常噪声。再一次测量噪声时，在距离电动机1m处，噪声值增加到95方。 2）在这种状态下，电动机的温度、负载电流、轴承温度等均未发现异常。电动机就这样又继续运行了1个月，在此期间只是感觉到电动机本体开始发出的异常振动，仍未发现其他问题。 3）为了调查电动机产生噪声和振动的原因，人为地提高负载和降低负载，但电动机的异常声音没有变化。为此，让这台异常的电动机在空载的情况下单独运行。可以确认，电动机非负载侧的轴承是异常噪声的发生源。无论是电动机空载运行还是负载运行，这种异常噪声基本上没有变化。 电动机在上述状态下又继续运行了6个月后，在例行的定期保养时，将轴承拆下检查发现，非负载侧推力轴承的滚子全部出现茶褐色的不规则筋道，用手触
变频电机轴电压与轴电流的产生机理分析 1.当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链 产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。到90年代，以igbt为功率器件的pwm逆变器作为电机驱动电源时，电机轴电流问题更加严重，且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。文献[1]指出，具有高载波频率（例如10khz以上）的igbt逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2]，并建立了pwm驱动下的轴承电流电路模型，但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。为讨论高频pwm脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理，本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上，分析轴电流产生的条件及形式，并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况，通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。在抑制轴承电流方面，文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将pwm电压转换成正弦波电压，使电机工作在正弦波供电状态下，但该方法所串电感大，系统动态响应慢，同时电感上的压降和功耗增大。本文在逆变器输出端串小电感并辅以rc吸收网络，可有效抑制pwm逆变器驱动下出现的轴电流。
2.共模电压与轴电压一般认为，磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。在电网供电的普通电机中，人们一般比较重视磁路不平衡的影响。但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡，即电源电压的零序分量产生。由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡，电源电压将不可避免地产生零点漂移，该电压将在系统中产生零序电流，轴承则是电机零序回路的一部分。正弦波电源驱动时，通过计算可知=0。在pwm逆变器驱动下，的值取决于逆变器开关状态，且变化周期与逆变器载波频率一致。事实上，只是共模电压的一种表现形式，由于静电耦合，电机各部分间存在着大小不等的分布电容，因此构成电机的零序回路。根据传输线理论，一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π 网络模型代替。因此，电机分布参数电路可用集总参数电路来等效，形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示，其中vbrg为轴电压，ibrg为轴承电流，va，vb和vc为电机输入电压。尽管iws 不流过轴承，但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径，势必对轴承电流有所影响。为便于分析，绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。为计算方便，将图2a)简化为图2b)所示等效单相驱动电路模型。图中z1为电源中点对地阻抗，z2为旁路阻抗，表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等；r0和l0为定子的零序电阻和电感；csf、csr和crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容；rb为轴承回路电阻；cb和r1为轴承油膜的电容和非线性阻抗；usg和urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。对于采
电机转矩功率转速电压电流之间的关系及计算 公式 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
电机转矩、功率、转速之间的关系及计算公式 电动机输出转矩： 使机械元件转动的力矩称为转动力矩，简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形，故转矩有时又称为扭矩。 转矩与功率及转速的关系：转矩(T)=9550*功率(P)/转速(n) 即:T=9550P/n—公式【1】 由此可推导出： 转矩=9550*功率/转速《＝＝＝》功率=转速*转矩/9550，即P=Tn/9550——公式 【2】 方程式中： P—功率的单位（kW）； n—转速的单位（r/min)； T—转矩的单位（N.m）； 9550是计算系数。 电机扭矩计算公式 T=9550P/n 是如何计算的呢？ 分析： 功率=力*速度即 P=F*V---————公式【3】 转矩(T)=扭力(F)*作用半径(R) 推出F=T/R---——公式【4】 线速度(V)=2πR*每秒转速(n秒)=2πR*每分转速(n分)/60=πR*n分/30---——公式【5】 将公式【4】、【5】代入公式【3】得： P=F*V=T/R*πR*n分/30 =π/30*T*n分 -----P=功率单位W， T=转矩单位N.m， n分=单位转/分钟 如果将P的单位换成KW，那么就是如下公式： P*1000=π/30*T*n 30000/π*P=T*n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P=T*n 这就是为什么会有功率和转矩*转速之间有个9550的系数关系。。。 电动机转矩、转速、电压、电流之间的关系 由于电功率P=电压U*电流I，即 P=UI————公式【6】 由于公式【2】中的功率P的单位为kw，而电压U的单位是V，电流I的单位是A，而UI 乘积的单位是V.A，即w，所以将公式【6】代入到公式【2】中时，UI需要除以1000以统一单位。 则： P=Tn/9550=UI/1000————公式【7】 ＝＝》Tn/9.55=UI————公式【8】 ＝＝》T=9.55UI/n————公式【9】 ＝＝》U=Tn/9.55I————公式【10】 ＝＝》I=9.55U/Tn————公式【11】 方程式【7】、【8】、【9】、【10】、【11】中： P—功率的单位（kW）；
随着电源建设的迅猛发展, 单机容量的逐渐增大, 轴电压成为大型发电机采用静止自并励磁系统后的一个严重问题。研究轴电压、轴电流有着很重要的意义。轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量, 对油膜绝缘特别有害当轴电压未超过油膜的破坏值时, 轴电流非常小。若轴电压超过轴承油层击穿电压, 则在轴承上形成很大的轴电流, 即所谓电火花加工电流, 将烧蚀轴承部件, 造成很大危害。磁路不对称、单极效应、电容电流、静电效应、静态励磁系统、外壳、轴等的永久性磁化均有可能引起轴电压。【文献2】 轴电压是指在电机运行时,电机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压。在正常情况下,轴电压较低时,燃气发电机转轴与轴承间存在的润滑油膜能起到较好的绝缘作用。但是,如果由于某些原因使得轴电压升高到一定数值时,就会击穿油膜放电,构成轴电流产生的回路。轴电流不但会破坏油膜的稳定性,使润滑冷却的油质逐渐劣化,同时,由于轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过,金属接触点很小,电流密度很大,在瞬间会产生高温,使轴承局部烧熔。被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅,将在轴承内表面烧出小凹坑。最终,轴承会因机械磨损加速而破损,严重时会烧坏轴瓦,造成事故被迫停机。【文献12】 发电机轴电压一直是存在的，但一般不高，通常不超过几V~十几V，但当绝缘垫因油污、损坏或老化等原因失去作用时，则轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电，久而久之，就会使润滑和冷却的油质逐渐劣化，严重者会使转轴和轴瓦烧坏，造成停机事故。 1、发电机轴电压产生的原因 （1）、磁不对称引起的轴电压它是存在于汽轮发电机轴两端的交流型电压。由于定子铁芯采用扇形冲压片、转子偏心率、扇形片的导磁率不同,以及冷却和夹紧用的轴向导槽等发电机制造和运行原因引起的磁不对称,结果产生包括轴、轴承和
文件编号：GD/FS-6143 （解决方案范本系列） 电动机轴电流的防范措施 详细版 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
电动机轴电流的防范措施详细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 一、轴电压、轴电流的产生 在电动机运行过程中，如果在电机两轴承端或转轴与轴承间存在轴电流时，将会大大缩短电机轴承的使用寿命，严重时只能运行几小时。 1．磁不平衡产生轴电压 交流异步电动机在正弦交变的电压下运行时，其转子处在正弦交变的磁场中。由于电动机定转子扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，在磁路中造成不平衡的磁阻。当电动机的定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时，便产生与轴相交链的交变磁通，从而产生交变电势。当电动机转动即磁极旋转，通过各磁极的磁通发生了变化，在轴
的两端感应出轴电压，产生了与轴相交链的磁通。随着磁极的旋转，与轴相交链的磁通交替变化，这种电压是延轴向而产生的，如果与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。一般情况下这种轴电压大约为1-2V。 2．逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电压。 异步电动机的定子绕组是嵌人定子铁芯槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。而
解析国标图集10D303《常用电机控制电路图——专业技术 要求 【图集解析】 解析国标图集10D303《常用电机控制电路图》 ——专业技术要求 在JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》中强制性条文第7.6.4条规定:“配电线路的过负荷保护，应在过负荷电流引起的导体温升对导体的绝缘、接头、端子或导体周围的物质造成损害前切断负荷电流。对于突然断电比过负荷造成的损失更大的线路，该线路的过负荷保护应作用于信号而不应切断电路。” 从第7.6.4条可以看出，针对10D303中的消防风机(消防排烟风机、加压送风机等)和消防水泵(消火栓用消防泵、自动喷洒用消防泵和消防稳压泵)，过负荷保护应作用于信号而不应作用于切断电路。 1 消防风机过负荷保护只报警不跳闸的实现 图8为两用单速风机(平时和消防均使用的风机，风机不可调速)电路图 (10D303第21、22页)XKDF-1。从图8控制原理中可以看出，风机手动控制和平时DDC自动控制，热继电器常闭触点BB参与控制，风机过负荷后，热继电器常闭触点BB断开，接触器QAC线圈失电，主回路接触器QAC主动合触点断开，切断了风机主电路。而在消防状态下，无论由消防联动(模块)控制KA1，还是由消防控制室手动旋转开关“SF” 应急控制，热继电器常闭触点BB不参与控制，控制回路躲过热继电器常闭触点BB，风机过负荷，不会使接触器QAC线圈失电，不切断风机主电路。但风机过负荷时，热继电器常开触点BB闭合，会使声光报警(黄色信号灯PGY点亮，蜂鸣器PB报警)。因此在消防状态下，实现了风机过负荷只作用于信号而不作用于切断电路。图中声响报警可以通过复位按钮“ SR ”解除。
仅供参考[整理] 安全管理文书 发电机轴电压产生的原因、危害及消除措施 日期：__________________ 单位：__________________ 第1 页共4 页
发电机轴电压产生的原因、危害及消除措施 ①磁通不对称。造成磁通不对称的原因，可能是由于定子铁芯局部磁阻较大、定子与转子气隙不均匀、分数槽电机(多为水轮发电机)电枢反应不均匀等所引起。 ②电机大轴被磁化。 ③高速蒸汽产生静电。 由于与发电机同轴相连的汽轮机的轴封不好，沿轴的高速蒸汽泄漏或蒸汽在汽缸内高速喷射等原因使轴带电荷，这种性质的轴电压有时很高，当人触及时感到麻手。 (2)危害及消除措施 高速蒸汽产生的静电荷，不易传导到励磁机侧，在汽轮机侧也有可能破坏油膜和轴瓦，通常在汽轮机轴上装设接地炭刷来消除。 对于其他原因所产生的轴电压，如果在安装时和运行中不采取有效的措施，当轴电压足以击穿轴与轴承间的油膜时，将产生一个由发电机大轴、轴颈、轴瓦、轴承支架及机组底座为回路的轴电流，虽然轴电压不高，通常在1V以下，个别机组为23V，但由于回路的电阻非常小，因此产生的轴电流可能很大，有时可达数百安培，轴电流会使轴承油的油质劣化，严重时会将轴瓦烧坏，被迫停机造成事故。 为了防止轴电流的产生，设计安装时，在位于发电机励磁机侧的轴承支架与底座之间己加装绝缘垫，同时将所有螺杆、螺钉(控制销)及油管等均已采取绝缘措施。 (3)测量轴电压的意义 由以上分析可知，发电机一侧的轴承支架与底座之间的绝缘垫是否保持良好的绝缘性能，对于防止发电机的轴和轴瓦的损坏以及轴承油质 第 2 页共 4 页
的劣化，保证机组的安全运行起着重要作用。因此，机组在安装时和运行中，通过测量比较发电机两端的电压和轴承与底座的电压，检查判断发电机轴承支架和底座之间的绝缘好坏是十分必要的，所以，交接试验标准和预防性试验规程中都把发电机轴电压的测量列为必做的试验项目。 第 3 页共 4 页