浅析变频电机轴电流对电机轴承的影响

　　摘　要：着重介绍了由变频器供电的笼型三相异步电动机产生轴承电流的原因、种类、造成的危害以及针对不同种类的轴承电流制定的各种防范措施，对提高变频三相异步 电动机的使用寿命能起到很好的帮助作用。
　　关键词；变频鼠笼电机；轴承；轴承电流；低频轴电流；高频轴电流
　　0　引言
　　适用于通用传动系统的普通笼型异步电动机，也适用于在变频调速系统上使用，因此，由变频器供电的笼型变频异步电动机，其结构设计参数（机座号和尺寸）均可参照通用的笼型异步电动机。但要注意的是，由于变频电机在各种不同的频率下运行，所以在设计制造笼型变频异步电动机时要注意这一因素对电机运行产生的各种不良影响，其中一个Z主要的影响是变频电机运行时轴电流对电机轴承的影响，为此本文将着重从以下几个方面来分析阐述变频电机轴电流对电机轴承产生的影响，以及防范措施。
　　1　轴承电流的种类及产生的原因
　　1.1 低频轴承电流
　　电动机磁路不对称会产生低频轴承电流，这种现象在容量大于400kW的电动机中常见，这是因为，不对称的磁路会在磁轭中产生环形交流磁通（环状磁通），从而在图1所示的由电动机转轴、轴承、端盖和电动机定子机座组成的导电性回路中产生交流感应电压，当此感应电压破坏了轴承润滑剂的绝缘能力后，电流就会流过包括电动机前后轴承在内的这个回路。
　　1.2 高频轴承电流
　　1.2.1 高频轴承电流产生的原因
　　工频三相正弦电源电压是平衡对称的，因此，其中性点电压为零，可是变频器的输出电压是通过PWM脉宽调制产生的，既通过逆变器将直流电压转变成三相正弦交流电压（原理图见图2），虽然其基频分量是对称平衡的，但由于在逆变单元中二极管的开断不可能同步，故可产生不对称的高次谐波，导致零序电压分量增大，即中性点电压不为零。标准TS60034-25©IEC.2004（E）中将此零序电压定义为共模电压，此电压可以在负载电动机绕组的中性点处测得，其频率与逆变单元中二极管的开断频率相同，其幅值与直流母线电压成正比。标准TS60034-25©IEC.2004（E）规定由共模电压产生的轴承电流叫高频轴承电流。
　　1.2.2 高频轴电流的种类
　　如图3所示，高频轴承电流有以下三种。
　　（1）在共模电压作用下，由沿定子轭循环的高频磁通产生高频感应电压，当此感应电压高到够破坏轴承润滑剂的绝缘时，所产生的沿轴承、轴和定子机座连成的回路中流动的循环电流I_c。
　　（2）在共模电压作用下，在电动机机座和变频器机架之间会出现超过100V的电压降，泄漏到定子机座中的电流通过金属联轴器与从动机械设备回流到变频器中，所形成的轴接地电流I_s。
　　（3）在高频共模电压作用下，电动机内的各种杂散电容形成的阻抗变小，从而为电流流通提供低阻抗路径，故当电机内部的电容放电时，就会产生高频的轴承电流I_PE。该电流通过变频器的接地导体和电容返回电源。
　　2　轴承电流的危害
　　流入轴承中的电流变化快，其变化速率取决于轴承的工艺，当轴承的滚珠被润滑剂完全浸没不导电时，此时存在的轴承电容处于静电充电状态，如果静电充电的电压超出轴承润滑剂的绝缘性能，就将破坏轴承润滑剂形成的油膜，此外电动机磁路不对称产生的感应电压也能破坏轴承润滑剂的绝缘性能进而形成较大的轴承电流，当轴承电流的密度超过1.5A/mm后，轴承的性能将严重恶化，滚动轴承的滚珠和轴承室将出现腐蚀，滑动轴承的情况稍好一些，但时间一长轴瓦和轴承处将出现点状微孔并在其底部有发黑现象。
　　3　轴承电流损伤预防方法
　　3.1 基本方法
　　（1）正确电缆接线和接地系统；
　　（2）修改轴承电流回路；
　　（3）减弱高频共模电压；
　　（4）使用绝缘轴承；
　　（5）使用滤波器减小共模电压和电压变比dV/dt；
　　（6）对于可能被轴承电流损坏的负载或其它装置，要使用不导电联轴器；
　　（7）在转轴和电动柳机座间使用电刷接触；
　　（8）如果可能应使用低压电动机和变频器；
　　（9）使变频器在能满足噪声和温度要求的开关转换频率下工作。
　　3.2 轴承电流防护措施的有效性对比（见表1）
　　4　结语
　　综上所述，有几种情况可以产生轴承电流，但在所有情况下，当轴承两端间产生的电压足以破坏润滑剂绝缘能力时，将有轴承电流流过，因此要防止轴承电流造成的危害，必须根据不同的情况选择不同的防护措施，只有这样才能将轴承电流造成的危害降到Z小。
　　参考文献：
　　[1] 张燕宾著.电动机变频调速图解.中国电力出版社,2004,6.
　　[2] 电工委员会IEC TS60034-25©IEC:2004(E).旋转电机～第25部分;变频器供电专用笼型感应电动机设计与性能指南.