电机轴电流的分析及处理

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。

设备管理与维修2018翼9（上）图1轴承的轴电流灼蚀痕迹中压电机轴电流故障分析及处理防范刘长富（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300457）摘要：中压电机轴电流会使轴承润滑油脂功效下降，轴承润滑效果降低，表现为径向振动加速度加大、径向振动速度加大等，严重的会造成轴承损坏、电机轴承高温抱轴。

分析平台中压电机轴电流成因及危害，给出处理方法及防范措施。

关键词：中压电机；轴电流；在线诊断；处理防范中图分类号：TM301.4文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2018.09.281问题中海石油某海上采油平台4台10.5kV 中压电机中A 机出现过轴承温度异常上升情况，通过检测检查，存在轴承润滑不良症状，根据中压电机运行润滑调整周期和调整量对该中压电机进行润滑调整，调整后温度变化不明显。

后期该中压电机先后出现轴承径向振动加速度增大、径向振动速度增大症状，为避免故障扩大，对该中压电机轴承进行预防性更换，更换后发现自由端轴承外环表面存在线条式灼蚀痕迹（图1），经判断，该线条式灼蚀痕迹由电机轴电流造成。

2线条式灼蚀痕迹成因及危害该电机自由端采用NU220轴承，属滚动轴承，轴承内环固定于主轴轴径上，紧随主轴转动，轴承外环固定于电机自由端端盖轴套内。

该电机未采用变频器供电且周围无高压设备强电场的影响，故轴电流产生机理应为电机在转动过程中，当存在不平衡的磁通交链在主轴上，则在电机主轴的两端形成感应电动势，这个电动势被业界称为轴电压，现场通过示波器及高内阻电压表进行轴电压测量，轴电压在几豪伏到几十伏之间变化，各类电机均存在轴电压，但轴电压的大小不同对电机的影响不同。

电机正常运转后，主轴转动，轴承内圈与外圈通过滚柱相对运动，润滑油脂在其中建立一层润滑油膜，通过验证，新的润滑油脂在轴承内部能建立电阻值良好的油膜，良好的油膜能够承受一定的轴电压，而运行一段时间后的润滑油脂因含杂质、水汽等原因电阻值变小，当轴电压达到几百毫伏时，在轴承的内环、滚柱和外环接触处的油膜即被击穿，轴电流会以主轴、滚动轴承、轴承套、轴承端盖、电机机体为导通形成回路，此时，轴电流会作用于轴承内环、滚柱和外环之间油膜较脆弱的部位，形成灼噬，促使轴承环形成线条式灼痕，由于轴电压处于变化状态，轴电流作用形成的电火花循环作用于轴承，因中压电机转速较高，电火花作用随机，故在轴承上形成不规则灼痕。

电机的轴电流的解决方法电机的轴电流是指在电机运行中，电流通过电机轴向流动的现象。

当电机的轴电流过大时，会对电机及其周边设备造成损害，甚至导致设备故障。

因此，在实际应用中，需要采取一些措施来解决电机的轴电流问题。

本文将从以下几个方面介绍解决方法。

一、了解电机的轴电流在介绍解决方法之前，首先需要了解什么是电机的轴电流。

当直流或交流信号通过线圈时，会在线圈周围产生磁场。

如果线圈与磁场之间存在相对运动，则会在线圈内产生感应电动势，并引起感应电流。

而当感应电动势与直接通入线圈的信号相反时，就会出现反向感应效应，使得线圈内部产生一个反向的磁场。

这种反向磁场与原始磁场叠加后形成一个旋转磁场，在旋转磁场作用下，导体内部就会产生一个涡流。

这些涡流通过导体周围形成一个环路，并沿着导体表面形成一个环形涡流区域。

这个区域就是所谓的轴电流区域。

二、减小电机的轴电流在设计电机时，可以采用低磁导率的材料来减小电机的轴电流。

这种材料可以降低涡流损耗，从而减少轴向电流。

2. 减小空气隙通过减小电机内部的空气隙，可以降低磁场强度，从而减少涡流损耗和轴向电流。

但是，过小的空气隙会增加摩擦力和机械噪声。

3. 采用软磁材料在设计电机时，可以采用软磁性材料来减少涡流损耗和轴向电流。

这种材料具有较高的磁导率和较低的涡流损耗。

4. 使用非同步转子非同步转子是一种具有较低涡流损耗和较小轴向电流的转子类型。

这种转子结构与普通同步转子不同，它们之间没有直接联系，并且由于缺乏永磁体或励磁线圈等组件，因此不会产生过多的涡流和轴向电流。

三、降低电机的轴电流在电机运行时，可以通过加入高频信号来降低轴向电流。

这种方法可以使得磁场更加均匀，从而减少涡流损耗和轴向电流。

2. 增加绕组数目增加电机的绕组数目可以使得磁场更加均匀，从而减少涡流损耗和轴向电流。

但是，增加绕组数目会增加制造成本和复杂度。

3. 采用反向磁场在设计电机时，可以采用反向磁场来降低轴向电流。

这种方法可以使得磁场更加均匀，并且会产生一个与原始磁场相反的磁场，从而减少涡流损耗和轴向电流。

高压电动机轴电流引起的轴承烧损分析及防范措施摘要：现在的高压电动机大多采用滚动轴承，在电动机工作时，往往会有轴电流产生，造成电动机轴承烧损，严重影响其工作寿命。

本文通过研究高压电动机轴电流产生的原因分析，旨在提出防范其产生的措施，保护高压电动机，提高经济效益。

关键词：高压电动机轴电流轴承烧损现在的大中型电动机，机轴主要采用的是滚动轴承，这主要是因为其具有检修方便、运行稳定的特点。

但是，电机在工作中，往往会产生轴电压，如果能够形成闭合回路，就会产生轴电流。

因为轴电流较大，对电动机会造成机轴磨损、润滑油融化以及设备噪音加大等损坏，因此，研究轴电流产生的原因，从而提出相应的防治措施，具有重要的现实经济意义。

一、高压电动机轴电流产生的原因1.1 磁阻不平衡产生轴电压电动机在工作中，轴承也不断地在磁场中运动。

由于电动机是在正弦交变的电压环境中工作，轴上的硅钢片、通风孔以及铁芯槽的存在，就会产生不平衡的磁阻，轴承在运动中不断地进行切割磁感线，在轴承的两端就会产生轴电压。

1.2 转轴和轴承之间的润滑油效果差电动机的轴承和转轴之间，靠润滑油进行润滑，可以有效减少机械磨损。

同时，润滑油还可以还能起到绝缘和散热的作用。

但是，如果选用的润滑油质量差，形成的润滑油膜就会比较薄，轴承转动时，由于产生热量，就会导致其融化外溢，丧失润滑和绝缘作用，轴电压就会瞬间击穿油膜，形成轴电流，对轴承造成损害。

1.3 静电感应产生轴电压电动机运行环境中，由于很多带电的高压设备，就形成了较强的电磁场，电动机在运行过程中，就会感应出电压。

1.4 外部电源介入产生轴电压电动机运行环境中，由于设备比较多，各种设备的接线也比较多。

如果有的设备线头老化或者发生断裂，接线无意中搭在滚轴上，就会造成轴电压。

二、高压电动机轴电流引起轴承烧损的原因分析根据上述原因分析，如果轴电压形成后，再有闭合的回路，就会产生轴电流，轴电流通过轴承和转子时，就会放电，使轴承内套产生麻点。

电动机轴电流的探讨与改进措施摘要：本文通过生产现场电动机产生轴电流情况的实例，分析电动机产生轴电流现象的条件及原因，阐述轴电流对电动机运行的危害，介绍检测轴电流的方法和消除轴电流的解决措施。

关键词：电动机电位差轴电流0 引言我公司在修理一台矿用钻机高压电动机的过程中，通过入厂试验检测发现电动机在短时内轴承温升迅速上升至50K，且伴随着电机震动值超差现象。

随即对电机解体，发现轴承滚道存在不同程度的搓板式损伤并在其润滑脂中发现细小的金属颗粒。

1 电机轴承烧损原因分析观察轴承滚道的搓板式带状坑道可判断该电机转子运行过程中存在较大的电压，在此电压下电机产生严重的轴电流，轴电流流经滚道与滚动体的接触面时产生放电火花使局部金属材料熔化，熔化物被高速旋转的内圈和滚动体碾压形成搓板纹。

随着滚动轴承的发展，现在越来越多的中大型电机在设计时也都多采用滚动轴承。

正常情况下，转轴与轴承间存在一道润滑油膜，该油膜有着绝缘的作用，对于低压电机而言，润滑油膜仍有保护绝缘的性能。

但是，当轴电压增加到一定数值（特别是高压电动机启动时，当轴承内的润滑油膜尚未稳定形成）轴电压将击穿油膜而放电。

轴电流由转轴经轴承放电，因其接触面积小，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，产生细小的金属粉末，经长时间运转磨耗，使轴承内外滚道形成带状坑道。

因此，对中大型电机而言，在设计阶段就应重视电动机的轴电流危害。

2 产生轴电流的原因分析按照产生的原因，轴电流可以分为以下几种：2.1磁通不对称产生的轴电流交流异步电动机在正弦交变的电压下进行工作，其转子处于正弦交变的磁场中。

此类原因一般包括：（1）加工精度差、转子自身挠度等原因导致的同心度不够；（2）定转子铁心硅钢片磁导率不均匀、扇形片分度及拼接不合理、铁心叠压质量差；（3）铁心键槽、散热通风孔；（4）绕组及端部不均匀；（5）电机机械结构自身不对称等一系列原因在磁路中造成不平衡的磁阻。

当电动机的定子铁心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。

电动机轴电流产生的原因、危害及预防一、轴电流产生的原因轴电压是指电动机运行时，在轴的两端或转轴与轴承间所产生的电压。

在正常情况下轴电压较低，转轴与轴承间的润滑油膜能起到较好的绝缘作用。

但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，一旦在转轴、轴承、机座、壳体间形成通路，就会产生轴电流。

1、磁阻不平衡交流异步电动机运行时，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，在磁路中造成磁阻的不平衡。

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，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、转子偏心转子支撑偏心也会产生脉动磁通，同样会在转轴中产生感应电压。

3、逆变供电电动机采用变频器逆变供电运行时，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。

4、静电感应在电动机运行现场，由于高压设备强电场的作用，在转轴的两端感应出轴电压。

5、静电荷电动机在运行过程中，负载方面的流体与旋转体运行摩擦而在旋转体上产生静电荷，电荷逐渐积累便产生轴电压。

6、外部原因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，带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。

二、轴电流的危害1、烧熔轴承低熔点合金轴电流不但会破坏油膜的稳定性，使润滑油质逐渐劣化，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或轴承内表面被压出条状电弧伤痕。

2、轴承抱死或散架滚动体表面和轴承圈滚道表面因轴电流的烧蚀，轻者发热、温度异常，重者相互抱死或散架，触发过流保护停机甚至烧毁电机。