<p class="ql-block">軸承作為支撐機械設(shè)備旋轉(zhuǎn)的重要零部件，在各行各業(yè)設(shè)備應(yīng)用中是必不可少的。而其常出現(xiàn)的問題也是多種多樣的，其中比較常見也比較讓設(shè)備使用人員頭疼問題就是：軸承電蝕問題。本文和大家一起探討下有關(guān)軸承電腐蝕的相關(guān)問題。</p> <p class="ql-block">一.軸電流形成的原因</p><p class="ql-block">由逆變器功率器件 IGBT 的快速通斷形成的陡峭電壓邊沿通過電機內(nèi)的寄生電容產(chǎn)生干擾電流?；诖耍蓴_電流將流過電機軸承。最壞的情況就是，軸電壓達到較高值，擊穿油脂油膜形成電弧損壞軸承，從而縮短軸承使用壽命。</p> <p class="ql-block">電機內(nèi)部寄生電容框圖及其等效電路圖</p><p class="ql-block">注：當(dāng)潤滑油膜具有絕緣作用時，軸承阻抗可表達為容性 Cb。但隨著軸承電壓的升高導(dǎo)致潤滑油膜擊穿，軸承阻抗表現(xiàn)為類似于非線性的電壓相關(guān)的阻性 Zn。電阻 Rb 為軸承滑環(huán)與滾動組件間的純電阻性阻抗。</p> <p class="ql-block">二.軸電流類型</p> <p class="ql-block">電機集成到驅(qū)動系統(tǒng)的方式及其軸電流類型</p><p class="ql-block">a.環(huán)電流：</p><p class="ql-block">開關(guān)電壓邊沿變換在繞組與機殼的電容（Cwh）之間以及對地都將產(chǎn)生高頻容性漏電流，這類漏電流將導(dǎo)致電機內(nèi)的磁場不均勻分布，從而感應(yīng)出高頻軸電壓Vshaft。當(dāng)電機軸承上的潤滑油膜的絕緣性寄生電容不能承受軸電壓而擊穿，容性環(huán)流形成，其路徑：電機軸→非驅(qū)動側(cè)軸承（NDE 軸承）→電機機殼→驅(qū)動側(cè)軸承（DE 軸承）→電機軸。由于環(huán)電流大小取決于繞組與機殼之間的寄生電容 Cwh，所以隨電機軸高增加而增加，對于軸高在 225 以上（包括 225）的電機，這將是主要的軸電流類型。</p><p class="ql-block">b.EDM電流：</p><p class="ql-block">電機 3 相定子繞組對地的陡峭電壓邊沿通過與轉(zhuǎn)子間的寄生電容 Cwr 對軸承寄生電容 Cb 進行充電。這樣電機軸和軸承上的電壓時間特性將是附加于定子繞組3相對地電壓的鏡像。</p> <p class="ql-block">三相PWM逆變器輸出共模電壓</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">一般在標(biāo)準(zhǔn)電機中，軸及軸承電壓為電機繞組相對地平均電壓的 5%。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">最壞的狀況，軸電壓高到擊穿潤滑油膜，那么 Cb 和 Crh 將以很短的高電流脈沖形式放電。這個電流脈沖稱為 EDM 電流（靜電放電電流）。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">c.轉(zhuǎn)子軸電流</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">電機繞組與機殼之間的寄生電容 Cwh 流過的高頻容性“漏電流”所引起的環(huán)流必然回流至變頻器。若電機機殼對于高頻干擾電流不具備良好的接地，那么電機繞組與接地系統(tǒng)之間，對于高頻漏電流來講呈現(xiàn)高阻抗，從而產(chǎn)生較高的電壓降 VHousing。若連接的齒輪箱或驅(qū)動機械設(shè)備對于高頻干擾電流來講具有良好的接地，那么干擾電流將通過較低的阻抗路徑回流：電機軸承上的防護罩→電機軸→機械耦合裝置→齒輪箱或驅(qū)動機械設(shè)備到接地系統(tǒng)，再到變頻器。此類軸電流對電機軸承，齒輪箱及機械設(shè)備將產(chǎn)生很大的損傷。</p> <p class="ql-block">三.現(xiàn)場案例</p><p class="ql-block">Case1軸電流對電機軸承的影響：</p><p class="ql-block">問題描述：某景區(qū)索道主電機在更換軸承1年后，再次出現(xiàn)同樣情況。</p> <p class="ql-block">Case2軸電流對軸端編碼器的影響：</p> <p class="ql-block">問題描述：現(xiàn)場有些減速電機產(chǎn)品在運行近一年左右， S120 驅(qū)動器陸續(xù)報出編碼器信號故障，經(jīng)檢查電機配套的編碼器發(fā)現(xiàn)編碼器的軸承潤滑脂失效，保持架損壞。 將編碼器發(fā)給制造商檢查后，廠家給出的結(jié)論是編碼器軸承受到電流腐蝕導(dǎo)致最終故障。</p> <p class="ql-block">四．案例分析</p><p class="ql-block">兩個case典型共同的問題在于轉(zhuǎn)子軸電流。由于電機機殼的等電位連接的高頻特性不好，高頻阻抗較高，高頻漏電流機殼上形成較高電位，從而在驅(qū)動系統(tǒng)組件中，包括軸承，機械設(shè)備，編碼器等，由此造成不等電位設(shè)備或組件之間的平衡電流（高頻漏電流）從而損壞設(shè)備。</p> <p class="ql-block">五.解決方案</p><p class="ql-block">· 驅(qū)動系統(tǒng)中滿足 EMC 安裝的優(yōu)化等電位連接</p> <p class="ql-block">[0]；傳統(tǒng)接地系統(tǒng)。采用了標(biāo)準(zhǔn)高功率 PE 導(dǎo)體，不具備高頻特性，僅保證低頻等電位連接，以及防護接地。</p><p class="ql-block">[2],[3],[4],[5]:具有高頻特性的等電位連接，需要緊固最大面積連接，以提供高頻低阻抗路徑。</p><p class="ql-block">所有驅(qū)動系統(tǒng)的組件（變壓器，變頻器，電機，齒輪箱以及機械設(shè)備）處于同一的電位，</p><p class="ql-block">等電位連接的幾個目的：</p><p class="ql-block">①防止驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)不同組件由于不等電位造成的平衡電流；</p><p class="ql-block">②將高頻干擾漏電流提供具有高頻低阻抗回路，使之以最短路徑返回至干擾源（變頻器），防止形成驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)組件間的共地回路傳導(dǎo)干擾；</p><p class="ql-block">③將驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)的干擾漏電流“鎖”在本系統(tǒng)中，不至“外泄”至其他系統(tǒng)等。</p><p class="ql-block">· 電機非驅(qū)動側(cè)采用絕緣軸承</p><p class="ql-block">絕緣的 NDE 通過增加環(huán)流路徑：電機軸→ NDE 軸承→電機機殼→DE 軸承→電機軸的阻抗可大大減小容性環(huán)流。由于環(huán)流大小隨電機軸高增加而增加，對于大型電機來講，十分有必要在非驅(qū)動側(cè)安裝絕緣軸承。</p><p class="ql-block">在安裝編碼器系統(tǒng)中，必須確保編碼器與電機軸承之間的絕緣安裝。</p><p class="ql-block">· 電機軸接地采用接地探刷</p><p class="ql-block">軸接地探刷由于縮短了軸承與地的距離，這樣可大大減小軸電流。</p><p class="ql-block">· 變頻器輸出側(cè)采用電抗器或濾波器</p><p class="ql-block">根據(jù)實際現(xiàn)場情況選擇合適的輸出濾波器或電抗器等。</p><p class="ql-block">· 電源系統(tǒng)的性質(zhì)改變</p><p class="ql-block">當(dāng)運行于 IT 系統(tǒng)時，變壓器中性點不直接連接到地。本質(zhì)上，接地連接為純?nèi)菪再|(zhì)的，回路阻抗對于流過的高頻共模電流形成高阻抗，從而大大減小功率電流和軸電流。對于減小軸電流影響來講，IT 系統(tǒng)較之接地 TN 系統(tǒng)有優(yōu)勢。</p><p class="ql-block">Case1的問題解決：</p><p class="ql-block">檢查處理現(xiàn)場的接地及等電位連接外，還采取如下措施：</p> <p class="ql-block">在驅(qū)動側(cè)與非驅(qū)動側(cè)加裝絕緣軸承</p> <p class="ql-block">Case2的問題解決:</p><p class="ql-block">檢查處理現(xiàn)場的接地及等電位連接外，還采取如下措施：</p><p class="ql-block">將編碼器內(nèi)軸孔與電機連接軸之間加裝絕緣套處理。</p> <p class="ql-block">六.總結(jié)</p><p class="ql-block">從上述現(xiàn)場實際case可以看到，對于軸電流的影響，就是要解決高頻漏電流的路徑。如何導(dǎo)引、阻斷等手段實現(xiàn)對漏電流的路徑控制是解決軸電流的根本思路。通過現(xiàn)場實際的設(shè)備狀態(tài)確定軸電流的性質(zhì)，從而采用相應(yīng)的措施。</p><p class="ql-block">由于EMC（電磁兼容性）問題的復(fù)雜性，分析與處理方法可能會各有不同和不足，對于實際問題的分析，希望能各抒己見，拋磚引玉，深入討論，以利于進一步處理實際使用中遇到的問題。</p>