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变频电机轴电流分析及对策变频电机轴电流分析及对策随着交流调速技术发展日新月异，交流变频电机的应用越来越广泛。
但与此同时变频电机轴电流导致轴承异常损坏的问题也日益突现。
宝钢分公司在实际生产过程中也发生了大量变频电机轴承异常损坏的问题。
这些情况的发生，直接导致设备故障，造成巨大损失。
1 变频电机轴电流产生原因及危害电动机运行时，转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压，若轴两端通过电机机座等构成回路，则轴电压形成了轴电流。
轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。
一般工频电机轴电压产生的原因主要是磁路不平衡、单极效应、静电感应、电容电流等原因造成，但这些原因归根到底还是磁通脉动造成的。
且在正弦波(工频)供电的情况下，如果设计和运行条件正常的电机，转轴两端电位差很小，其危害尚不严重。
目前，广泛应用的变频电机大都采用PwM变频电源供电，这时电机的轴电压主要是由于电源三相输出电压的矢量和不为零的零序分量产生。
变频器PwM脉宽调制导致调速驱动系统中高频谐波成份增多，这些谐波分量在转轴、定子绕组和电缆等部分产生电磁感应，电机内分布电容的电压祸合作用构成系统共模回路，这种共模电压以高频振荡并与转子容性藕合，产生转轴对地的脉冲电压，该电压将在系统中产生零序电流，电机轴承则是这零序回路的一部分。
轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生的。
在正常情况下，电动机的轴电压较低，轴承内的润滑汕膜能起到绝缘作用，不会产生轴电流。
但当轴电压较高，或电机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。
轴电流局部放电能量释放产生的高温，可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域，并形成凹槽，从而产生噪声、振动，若不能及时发现处理将导致轴承失效，对生产带来极大影响。
变频调速系统中高频轴电流对轴承的电蚀最显著的特征是在电机轴承内外圈、滚珠上产生“搓衣板”式密密的凹槽条纹。
2 变频电机轴电压的限值如前所述，几乎所有的电机运转时或多或少都会产生轴电压，电动机所容许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流流经路径的阻抗等许多因素有关。
变频调速电机轴电流产生机理及措施摘要：简要分析了变频调速电机轴电流产生的主要原因，并提出了针对性的处理建议，通过这些改进，可有效地减少轴电流对轴承侵蚀的发生机率，提高电机的运行可靠性。
关键词：轴电流；绝缘轴承；绝缘端盖0 引言随着单机容量的逐渐增大和变频供电设备的推广使用，轴电流成为电机轴承损伤的一个严重问题。
电机的主轴在磁场中旋转，磁路不对称、静电效应、轴的永久磁化等因素，特别是PWM变频器供电的电机，由于变频器脉冲式的供电方式，输出的共模电压不为零，共模电压作用于绕组，与杂散耦合电容形成共模电流通路，经过两端轴承油膜-端盖形成通路的轴电流就是其中一部分。
轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量，在正常情况下轴电压较低时，轴承油膜就能起到良好的绝缘、润滑作用。
但是由于某些原因当轴电压提高的一定的数值，就会击穿油膜放电，不但会破坏油膜的稳定性，使润滑脂逐渐劣化，同时，由于轴电流从轴承的金属接触点通过，由于接触点很小，电流密度很大，这就有可能形成了一个的电火花加工电流，在瞬间产生局部高温，使击穿点局部熔化，在滚道内表面出现很多小凹坑，轴承运行条件逐渐变差，最终，轴承会因机械磨损加具而失效。
如下图所示：附图一杂散电容及共模电流通路Cwf-定子绕组与定子铁心的耦合电容Crf-定子铁心与转子的耦合电容Cwr-定子绕组与转子的耦合电容Cb-轴承油膜的等效电容1 预防措施一：绝缘轴承1.1绝缘轴承结构及优点：绝缘轴承分为内圈涂层绝缘轴承、外圈涂层绝缘轴承和使用陶瓷材料滚动体的绝缘轴承。
前两种绝缘轴承的涂层以等离子喷涂的方式将陶瓷材料涂覆在轴承的内、外圈表面，这种陶瓷材料在潮湿的环境中依然能够保持良好的绝缘性能；陶瓷材料滚动体绝缘轴承是直接将陶瓷材料的制作成滚动体，这种轴承体电阻非常大，可以有效的隔断轴电流。
附图二采用绝缘轴承的的轴承单元示意图1.2绝缘轴承的缺点：需要直接采购绝缘轴承，这种绝缘轴承国内基本不生产，几乎全部依赖进口。
变频电机轴电流产生的原理分析及应对措施概述在变频电机应用过程中，轴电流问题经常会受到重视。
因为轴电流大大影响电机运行稳定性和寿命，通过分析轴电流的产生原理，我们可以采取一些有效的应对措施，提高电机的使用效果和寿命。
本文将对变频电机轴电流产生的原理进行分析，并提出相应的解决方案。
变频电机轴电流产生原理声磁耦合原理在变频电机开关管的控制下，电机的电源电压不断变换，产生频繁的电磁波动。
这种电磁波动可以锁定电机铁芯磁路的频率，从而产生定子和转子之间的声磁耦合作用。
这种声磁耦合效应可以产生轴电流。
物理机制当电机旋转时，定子和转子之间会产生磁场差异。
当电机被反向运行时，传递磁场的磁通量会转移。
这种磁通量变化会在转动轴上产生感应电流，进而导致轴电流。
因此，当电机发生反转现象时，会产生轴电流。
频率问题电机轴电流的产生主要取决于电机的运行频率。
当电机运行频率低于10Hz时，一般不会产生轴电流。
而当运行频率达到10Hz以上时，轴电流的产生率逐渐增加。
当运行频率达到50Hz甚至更高时，轴电流的产生率会非常高。
变频电机轴电流应对措施为了解决变频电机的轴电流问题，我们可以采取以下措施。
实施反电动势降噪措施在电机运行的过程中，特别是当电机运行频率过高时，电机会产生反电动势，这种反电动势也会沿轴线产生电压，引发轴电流。
因此，我们可以针对电机产生的反电动势进行降噪措施，如在电路中加装反电动势滤波器、加装对称容量、限流电容等措施，有效减少轴电流的产生率。
加装零序电流保护当电机运行频率达到一定程度时，轴电流的产生率明显增加。
在这种情况下，加装零序电流保护装置可以有效降低轴电流的产生率，从而减少电机的损坏风险。
同时，这种零序电流保护装置还可以有效检测其它故障，如短路、接地等问题。
采用卟啉弱磁环电机的铁芯一般是由硅钢片构成，硅钢片中还会含有铝、钚、卟啉等元素，其中，卟啉是一种磁性很弱的元素。
我们可以通过在变频电机的铁芯中加入一定比例的卟啉物质，来有效降低电机磁强度，从而减少轴电流的产生。
探析变频电机轴电流的产生机理及应对措施作者：周正阳曹宁孙晓伟来源：《中国科技博览》2015年第26期[摘要]随着交流变频调速技术日渐成熟，交流变频电机驱动性能显著提高，但是变频电机轴电流导致轴承故障的现象也不容忽视。
本文分析变频电机轴电流产生机理及危害，在此基础上，针对性提出了防止变频电机轴电流危害的措施。
[关键词]变频电机；轴电流；产生机理中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0217-011.电机轴电流产生的原因及危害西门子变频器的控制方式主有SPWM、WVP—WM、VC三种。
SPWM即正弦脉宽调制，SVPWM即电压空间矢量、VC即矢量控制。
短纤维装置西门子变频器采用的是带测速编码器的矢量控制方式。
从电动机工作原理分析，交流电源在电机线圈中产生的磁场是三相对称的，如果电机三相绕组相电流相同并且电流的相位角都差120°时，电机内部磁场平衡，不会产生轴电压，也就不存在产生轴电流的条件。
导致电机内部磁场不平衡可以从两个方面进行分析：（1）电动机存在设计缺陷，导致结构不对称；（2）驱动电动机的电源输出电压不对称。
由于电动机采用西门子变频器驱动，输出三相电压的频率、幅值、相位都在随时间变化，电机内部的磁场平衡状态被打破，三相电压矢量和不为零的零序分量将会使电机轴端产生轴电压。
西门子6SE70变频器输出PWM脉宽调制波形，其中包含高频谐波，高频谐波会在电机转子、定子线圈以及电机的动力电缆中发生电磁感应现象，定子绕组和电机基座之间的分布电容会在电压耦合下与电动机的外壳构成共模回路，高频率波动的共模电压与转子容性耦合使得电机转轴对地产生脉冲电压，脉冲电压在系统中产生零序电流。
电机轴承的脉冲电压峰值最高可达到10～40V，轴承中的轴电流是该回路的主要组成部分。
实践中发现，峰值电压的大小与6SE70变频器的载波频率有关，载波频率越低，脉冲电压越高，对点击传动轴承的损伤也更为严重。
变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制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。
变频调速电机轴电压和轴电流问题及解决措施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2dV／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。
变频驱动电机轴电压轴承电流研究曹 鹏（卧龙电气驱动集团股份有限公司）摘 要：本文对变频驱动电机的轴电压和轴承电流进行研究，主要探讨了变频驱动电机在不同工况下轴电压和轴承电流的变化规律以及其对电机寿命的影响。
本研究通过实验测量和模拟分析，探究了变频驱动电机轴电压和轴承电流的变化规律。
在此基础上，本研究提出了相应的寿命预测和优化控制策略，旨在通过降低轴电压和轴承电流的波动，延长电机的使用寿命。
通过实验验证，该策略能够有效降低轴电压和轴承电流的波动，提高电机的使用寿命，具有一定的实际应用价值。
关键词：变频驱动电机；轴电压；轴承电流；寿命预测；优化控制０ 引言随着工业自动化水平的提高，越来越多的企业开始采用变频驱动电机。
变频驱动电机具有调速范围广、节能、控制精度高等优点，因此被广泛应用于机械、化工、矿山等行业。
但是，变频驱动电机的轴电压和轴承电流等运行参数的变化会对电机的寿命和运行效率产生很大影响。
轴电压的不稳定性会导致电机绕组温度升高，进而影响绝缘系统的寿命；轴承电流的变化则会对轴承产生较大的摩擦力，导致轴承寿命缩短。
因此，研究变频驱动电机的运行参数对电机寿命和运行效率的影响，对于提高电机的可靠性和降低企业的生产成本具有重要的理论和实际意义。
１ 变频驱动电机轴电压的变化规律研究１ １ 变频驱动电机轴电压的测量方法变频驱动电机轴电压［１ ３］的测量方法是非常关键的，因为它能够有效地帮助我们了解电机的运行状态。
在进行测量时，首先需要选择一种合适的传感器，这个传感器需要具备高精度、高灵敏度和高可靠性等特点。
在使用传感器时，需要注意其安装位置和安装方法，以免影响测量结果。
在进行测量时，需要将传感器与数据采集设备连接起来，并按照一定的采样间隔进行数据采集。
在数据处理方面，需要将采集到的数据进行滤波和去噪处理，以确保数据的准确性和可靠性。
对于电机的运行状态和性能表现，数据分析和比较是至关重要的。
通过对电机的运行数据进行分析，可以了解电机的运行状况，例如电机的转速、电流、功率等指标，从而判断电机的工作状态是否正常。
轴电流的产生原因及消除措施轴电流是变频电机、大型电机、高压电机和发电机的一大质量杀手，对于电机轴承系统的伤害极大。
由于轴电流防范措施不到位发生的轴承系统故障案例比比皆是。
轴电流的特点是低电压大电流，对轴承系统的伤害可以说是防不胜防。
轴电流的产生缘于轴电压和闭合回路，磁路不平衡、逆变供电、静电感应、静电荷及外界的电源干扰都有可能产生轴电压，逆变供电为何会产生轴电压。
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都是产生轴电压和轴电流的起因。
轴电压的幅值一般较小，但是达到一定值后就会击穿轴承润滑油膜，通过轴承形面一个闭合回路，较大的轴电流会导致轴承在很短时间内因发热烧蚀。
因轴电流烧毁的轴承会在轴承内圈外表面上留下类似搓板状的痕迹。
要解决轴电流问题可以从消除轴电压或切断回路两个途径进行解决。
1、在电机的设计环节、制造过程都采取必要的措施比如在端盖、轴承套上增加必要的绝缘措施，对于小规格产品可以采用绝缘轴承，也可以在使用环节增加泄流碳刷。
从使用的角度分析，在零部件上采取断路措施是一劳永逸的措施，而采用导流的方式就可能存在碳刷装置的更换问题，至少在电机的维护保养周期内碳刷系统不要发生问题。
2、采用绝缘轴承绝缘轴承与普通缘轴承的尺寸、承载能力都是一样的，区别是绝缘轴承能够非常好地阻止电流的通过，绝缘轴承可避免电腐蚀所造成的损害，因此比普通轴承应用在电机中可保障运行更可靠，绝缘轴承可避免感应电流对轴承的电蚀作用，防止电流对润滑脂和滚动体、滚道造成损坏。
永磁直流无刷、变频电机轴电流的产生及防止摘要：阐述永磁直流无刷、变频电机轴电流产生的机理及危害，介绍了常用防止轴电流的解决方案及成本优劣，提出了当前安全可靠、成本最优的绝缘轴承方法的应用。
关键词：直流无刷、变频电机；轴电流；成本；绝缘轴承随着电子技术发展和电机高能效产品换代趋势，永磁直流无刷电机、异步低压变频调速系统等高效电机产品应用越来越广泛，近几年在中央空调、水泵等主要能耗行业应用尤为明显。
永磁直流无刷电机或者变频电机均采用PWM技术，在使用过程中容易产生轴电流，轴承容易因轴电流失效，严重时会使转轴受到损坏，导致设备故障及外壳带电等，甚至威胁到人身安全。
1. 变频电机轴电流产生的机理及危害1）磁路磁场不平衡产生轴电流电动机由于硅钢片材料的方向性以及叠装因素，再加上通风槽、扣片槽等存在，造成电机在正弦交变的电压下运转时，磁路中存在不平衡的磁阻，定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时，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，与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。
2）静电感应产生轴电流在电动机运行现场周围分布的高压设备产生的强电场作用下，在转轴的两端感应出轴电压，存在的电势差会产生轴电流。
3）逆变供电产生轴电流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流。
4）静电荷电动机在运行过程中，负载方面的流体与转体运行磨擦而在旋转体上产生静电荷，电荷逐渐积累便产生轴电压。
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。
5）外部电源大电机多会应用PTC、PTO以及PT100等热敏保护元件，这些元件线路繁杂，一旦裸露的带电体与电机的转轴接触，外部电源的介入直接产生了轴电压。
综上所述，电动机的轴电流是由于电机磁路不对称、逆变供电等原因产生，轴电流路线见图1。
以上原因产生的轴电压或者轴电流，量值达到足以击穿轴承润滑脂油膜时，将通过轴承内圈、滚动体、外圈与电机的端盖壳体形成回路，即产生轴承电蚀现象。
轴电压产生的原因
轴电压产生的原因有以下几点：
1. 磁路不平衡：电动机在制造过程中，由于扇形冲片、硅钢片叠装以及铁芯槽、通风孔等因素，会导致磁路中存在不平衡的磁阻。
当转轴周围有交变磁通切割转轴时，会在轴的两端感应出轴电压。
2. 变频器供电：当电动机采用变频器供电时，变频器中的电力电子元件（如晶闸管）在整流和逆变过程中可能会引入新的轴电压源。
这是因为静态励磁系统将交流电压通过静态晶闸管整流输出脉动型直流电压供给发电机励磁绕组，这种直流电压的脉动性质可能会产生轴电压。
3. 静电效应：发电机运行时，其磁场不对称可能导致发电机大轴被磁化，从而在发电机轴上感应出电压。
此外，静电充电等现象也可能导致轴电压的产生。
综上所述，轴电压的产生可能由磁路不平衡、变频器供电、静电效应等原因造成。
轴电压的存在可能会对电动机的正常运行造成影响，因此需要采取相应的措施来监测和控制轴电压，以保护电动机的安全运行。
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，使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。
此外，由于绕组的电抗较大，输入电压的高频分量将集中于输入端点附近的分布电容上，通过配电线、绕组、机壳间的分布电容到接地线流通电流，形成一个LC串联谐振电路，当其中产生高频谐振电流时，就会产生各式各样的故障。
一般通用变频器驱动容量较小的异步电动机时，轴电压的问题可以不考虑，但使用超过200kW的电动机时，特别是已有的风机、压缩机等进行变频器调速改造的场合，最好事先确认轴电压的大小，以便及早采取预防措施。
电动机产生轴电流的原因分析及措施赵敬贤摘要：目前很多大中型电动机由于各种原因产生轴电压、轴电流，而轴电流对电动机危害极大，尤其是对轴承电腐蚀及其严重。
以我厂4台浆液循环泵电动机为例，阐述轴电压、轴电流产生的原因、措施及产生的社会效益。
验证本文电动机轴电流处理的可行性和正确性。
关键词：电动机；轴电流；原因；措施由于电动机轴电流的存在，对轴承腐蚀极为严重，轻者运行3个月左右，重着几个小时，为此我们通过在转子轴伸端安装接地电刷，在非轴伸端的轴承小盖加装绝缘垫、螺栓绝缘套及螺栓垫圈，彻底的消除了产生轴电流的问题。
1、以我厂4台浆液循环泵电动机为例，型号：YKK5002-4，电压：6kV，功率：900kW，电流：:101.7A，转速：1489r/min，绝缘等级：F，轴伸端轴承：NU228，非轴伸端轴承：6328，润滑脂为长城锂基脂。
4台电机自投运以来，由于电机非驱动端轴承温度突然升高（达到80℃）的原因，平均每3个月就要更换非驱动端轴承一次，轴承均更换的进口斯凯孚轴承并且更换埃索N2润滑脂，正常运行一段时间后，情况又逐渐开始恶化，严重影响了机组安全高效运行。
2、造成轴承烧损的原因分析2016年2月份在B浆液循环泵电动机运行中发现非驱动端轴承小盖外面有润滑脂流出，解体检查发现轴承滑道有凸凹斑点及条状灼痕，用500V摇表测量，测量轴承绝缘0MΩ，断定由于轴电流的电腐蚀，造成轴承过热。
3、产生轴电流原因电动机产生轴电流的途径主要是转轴两端有轴电压，存在电位差，产生轴电流。
轴电压的产生归纳为以下几点：3.1制造厂质量原因制造厂在制造电动机时定、转子沿铁芯圆周方向磁阻不均，产生与转轴交链的磁通，从而产生感应电动势，转轴上有剩余磁通存在。
3.2磁不平衡产生轴电压交流异步电动机在正弦交流变的电压下运行，其转子处在正弦交流变的磁场中，由于电动机定、转子扇形冲片、硅钢叠片等因素，再加上铁芯、通风孔等的存在，在磁路中造成不平衡磁阻，当电动机定、转子沿铁芯圆周方向磁阻不均，产生与转轴交链的磁通，从而产生感应电动势，转轴上有剩余磁通存在，在转轴的两端感应出轴电压，如果与转轴两端的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。
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
由一个轴承支撑，其结构如图3所示。
以其中一个轴承为例，轴承的滚道由内滚道与外滚道组成，当电机转动时，轴承中的滚珠被润滑油层包围，由于润滑油的绝缘作用，轴承滚道与滚珠之间形成电容，如图3b) 所示。
这两个电容在转子-定子回路中以串联形式存在（为便于分析，不考虑滚珠的阻抗），可以等效成一个电容Cbi，i代表轴承中的第i个滚珠。
对于整个轴承而言，各个滚珠与滚道之间的电容以并联形式存在。
所以整个轴承内可以等效成一个电容Cb。
据对轴承的分析，轴承可用一个带有内部电感和电阻的开关来等效。
当滚珠未与滚道接触时，开关断开，转子电压建立；当转子电压超过油膜门槛电压时，油膜击穿开关导通，转子电压迅速内放电，在轴承内形成较大放电电流。
Va、Vb和Vc为电机三相输入电压，L’、R’和C’为输入电压耦合到转子轴的等效集中参数，Cg为Crf和Cb并联后的等效电容。
当轴承滚珠和滚道接触或者轴承内油层被击穿时，Cb不存在，此时Cg仅代表转子轴对机壳的耦合电容。
电容Cb是一个多个变量的函数：Cb（Q,v,T,η,λ,Λ,εr）[2]。
其中Q代表功率，v代表油膜运动速度，T代表温度，η代表润滑剂粘性，λ代表润滑剂添加剂，Λ代表油层厚度，εr 代表润滑剂介电常数。
轴承电容Cb与定子到转子耦合电容Csr ，比定子到机壳耦合电容Csf和转子到机壳耦合电容Crf小得多。
这样一来，耦合到电机轴承上的电压便不至于过大，这是因为Crf与Cb并联后的电容比耦合回路中与之串联的Csr 大得多，而串联电容回路中，电容越大承受的电压反而越小。
事实上，根据分布电容的特点，很大一部分共模电流是通过定子绕组与铁芯之间的耦合电容Csf传到大地去的，因此轴承电流只是共模电流的一部分。
从图4可看出，形成轴承电流有两种基本途径。
一是由于分布电容的存在，定子绕组和轴承形成一个电压耦合回路，当绕组输入电压为高频PWM脉冲电压时，在这个耦合回路势必产生dv/dt电流，这个电流一部分经Crf传到大地，另一部分经轴承电容Cb传到大地，即形成所谓的dv/dt轴承电流，其大小与输入电压以及电机内分布参数有关。
二是由于轴承电容的存在，电机轴上产生轴电压，当轴电压超过轴承油层的击穿电压时，轴承内外滚道相当于短路，从而在轴承上形成很大放电电流，即所谓的电火花加工（electric discharge machining - EDM）电流。
另外，当电机在转动时，如果滚珠和滚道之间有接触，同样会在轴承上形成大的EDM电流。
为了定量EDM及dv/dt电流对轴承的影响，轴承内的电流密度十分关键。
建立电流密度需估计滚珠与滚道内表面的点接触区域。
根据赫兹点接触理论（Hertzian point contact theory），轴承电气寿命可用如下公式求得[2]：
Elec Life（hrs）= （7）
式中，代表轴承电流密度。
一般而言，dv/dt电流对轴承寿命影响很小，而由EDM产生的轴承电流密度很大，使得轴承寿命大大降低。
另外，空载时轴承损坏程度反而比重载时大得多，这是因为重载时轴承接触面积增大，无形中减小了轴承电流密度。
