李晓宾

（莱钢设备检修中心，山东莱芜 271104）

　　摘　要：文章通过现场具体设备电动机产生轴电流的实例，分析了造成产生轴电流的原因，简述了电动机产生轴电流导致轴承烧损及轴电流对电动机危害，介绍了如何防止电动机产生轴电流及产生轴电流后应采取的具体措施与消除电动机轴电流所取得的实际经济效益与社会效益。

　　关键词：电动机；轴电流；轴电压；措施
　　炼铁厂热风炉1#助燃风机型号为YKS560-4，额定容量为1250kW，额定电压10kV，额定转速1490r/min，额定电流84.1A，绝缘等级为F级，电机轴承为滚动轴承。运行中，电机驱动端轴承温度突然异常，温度达94℃，电机测温点报警，用远红外测温装置测量电机本体温度为82℃，经过对电机轴承解体发现在轴承末端有明显的凹槽，初步确定为轴承安装问题，在经过更换轴承后不长时间又出现相同情况，于是判断故障为轴电流所引起，后经一系列研究制定了整改保护措施，现在设备已经正常运行1年多。下就轴电流产生的原因及防护措施做一下阐述：
　　1　轴电流产生的原因
　　由于大型电动机的定子磁场有时不平衡，在轴上产生感应电动势。磁场不平衡的原因是局部铁心有锈蚀使磁阻增大，以及定子和转子之间的气隙不均匀导致产生轴电流。轴电流的轴电压一般在2～3V。轴电压是电动机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压，其产生原因一般有以下几种：
　　（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。
　　2　轴电流的危害
　　大中型交流电动机轴与轴瓦采用滑动轴承，滑动轴承必须通过稀油润滑，电机轴是乘在油膜上的。由于轴电压较低，油膜的绝缘是不会被击穿的。只有轴和轴承在运行过程中，造成油膜破裂击穿，导致轴与轴瓦形成金属性接触的瞬间，便产生相当大的轴电流，这种轴电流可达到几百安甚至上千安，它足以把轴颈和轴瓦烧坏。由运行摩擦在轴上产生的静电荷，使轴的电位因被充电而升高。当运转的轴接触到旋转体以外的任何部件时，便通过该部件进行放电，否则就要继续积累电荷，Z后产生过高的电压。如果超过轴承油膜的绝缘强度时，电荷在极短的时间内放电。这种现象重复发生的结果，就能使轴受到损伤。
　　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　造成轴电流对轴承（轴瓦）损害比小型电动机严重（小型电动机受轴电压影响很小）的原因
　　力学上的原因：大型电动机振动相对小型电动机要大，过度的机械振动会使磁路磁场不平衡；大型电动机启动时间较长，轴承内稳定的润滑油膜不易形成，可能因轴电压击穿油膜而放电，构成回路；
　　热学上的原因：过载时大型电动机轴承温度的增加往往要大于小型电动机，特别是因轴电流通过油膜放电或者导电，在轴瓦和轴承处产生点状微孔时，轴承的运行条件变坏，轴承温度的遽增，大型电动机轴承温度的增加往往要大于小型电动机。
　　电学上的原因：1）电机在高速运行中，轴承滚珠悬浮在润滑剂中，使润滑剂的作用类似于一个电容器C。由于转轴与轴承内圈连接，轴承外圈与电机机壳接触，当轴电压超过润滑剂的阈值电压（即绝缘强度）时，就会有电流流过轴承，其大小约为i=Cdv/dt，这个电流使轴承局部温度迅速升高，产生熔化性凹点，导致轴承滚道上出现凹槽，一方面增加了轴承机械磨损的机会，同时还因增加了润滑剂中有害杂质数量而产生了噪声，降低了轴承的机械寿命，使轴承损坏。2）对于变频器驱动电动机，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又是产生轴电压和轴电流的起因。而且，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，使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。
　　磁学上的原因：当定子与转子不在同一轴线，或圆周方向有效铁心扇形片合缝小等，组装这些扇形片的鸠尾筋及轴向孔等装配不当，引起相当定子铁心内有气隙存在的效应，从而沿定子铁心圆周形成一交变磁通，而在轴上感应出轴向电势。假设电机的极对数为p，定子铁芯接缝数为n，则分数n/p约分后为n′/p′，当n′为偶数时，不会产生轴电流；当n′为奇数时，会产生频率为fn′的轴电流。大型电动机的磁路比小型电动机要长，装配上要求不易达到，易产生轴向电压。
　　5　轴电流解决方法
　　对于由轴交链交变磁通所产生的轴电压，我们采用在电动机一侧的轴承座下加绝缘垫的方法来防止轴电流的产生。这种方法主要是运用绝缘垫割断轴与轴瓦之间形成的回路，使轴电流无法产生。但在我们实际工作中对绝缘垫的作用认识不清。从绝缘垫加装的方法和轴承座与油管道的连接上都不同程度地出现过问题，Z后造成绝缘垫起不到绝缘的作用，进而形成轴电流。所以我们要经常检查轴承座的绝缘强度，用500V摇表测量，绝缘不低于0.5MΩ。
　　对于由静电荷引起的轴电压，我们采用在电机负荷侧的轴上加一块接地碳刷，碳刷接地必须可靠。这样我们就能随时地将电机轴上的静电荷引向大地，使其不能形成轴电压，避免电荷放电形成的瞬间轴电流。
　　对于轴与轴瓦之间的润滑绝缘介质油，必须及时检查润滑油的纯度，发现油中带水必须进行过滤处理，否则油膜的绝缘强度不能满足要求，容易被低电压击穿。另外，我们还要保持绝缘垫的干净和干燥，切实使绝缘垫起到绝缘的作用
　　结束语
　　通过深入研究轴电流产生的原因，我们对所辖区域内的高压电机进行了实验性防护，大大降低了轴承的损害率，保证了生产的顺行，以后将对此进行大范围的推广，给企业带来更大的经济效益。

来源：《中国科技博览》2015年08期