軸電流產(chǎn)生原因及防范措施

朱萬明 何鷗 秦恒浩 陳稅

摘 要：介紹某公司廠區(qū)環(huán)水泵驅(qū)動電機軸承報死的原因，分析軸電流的危害及對軸承破壞的外在表現(xiàn)，認為軸電流是導(dǎo)致其損壞的主因，結(jié)合實踐經(jīng)驗，總結(jié)軸電流可能產(chǎn)生的原因及防范的措施，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動電機；軸承報死；軸電流

1 前言

2018年5月25日，某公司廠區(qū)車間環(huán)水泵正常運行中忽然停轉(zhuǎn)，經(jīng)解體檢查分析發(fā)現(xiàn)事故原因為環(huán)水泵驅(qū)動電機（高壓355KW）軸抱死觸發(fā)了過流保護系統(tǒng)。軸電流燒蝕軸承而發(fā)生抱軸，電機軸承徹底報廢。

電機帶有載流導(dǎo)線和磁性回路結(jié)構(gòu)，通常會導(dǎo)致軸的磁化或引起脈動磁通。脈動磁通在軸、軸承和機殼形成的回路中感生電壓，稱之為軸電壓[1]；于是有軸電流流過回路，軸和滑動軸瓦表面、或滾動軸承和軸承套表面受到損壞，表象為摩擦和發(fā)熱增加、滾動軸承的運轉(zhuǎn)性能惡化等[2]。

軸電流的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）在軸承外表面形成電腐蝕。

（2）使軸承內(nèi)的潤滑油電離，破壞油膜形成及穩(wěn)定性，加快潤滑油劣化，降低潤滑性能及介電強度。

（3）電機軸承的使用壽命將會大大縮短。輕微的可運行千把小時，嚴重的甚至只能運行幾小時或更短的時間，給現(xiàn)場安全生產(chǎn)帶來極大的影響。

2 軸電流對軸承損壞癥狀

軸承的損壞會使電機在運行時產(chǎn)生不正常的噪音，重則使得電機無法正常工作。其中軸承損壞主要由3種原因：（1）力學上的損壞：機械的振動；（2）熱學上的損壞：過載增加的軸承溫度，從而降低其機械壽命；（3）電學上的損壞：軸電流的放電加工使得軸承上產(chǎn)生凹坑降低使用壽命，此為軸承損壞最主要原因，具體表現(xiàn)如下。

2.1 燒熔滑動軸承低點合金

軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點通過，由于該金屬接觸點小，所以這些點的電流密度大，在瞬間產(chǎn)生高溫，使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下飛濺，于是在軸承內(nèi)表面上燒出小凹坑或軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。

2.2 滾動軸承報死或散架

滾動體表面和軸承圈輥道表面因軸電流的燒蝕，輕者發(fā)熱，溫度異常，重者相互抱死或散架觸發(fā)過流保護停機，甚至導(dǎo)致燒毀電機。

3 軸電流產(chǎn)生原因

正常情況下，轉(zhuǎn)軸與軸承間有潤滑油膜的存在，起到絕緣的作用。對于較低的軸電壓，這層潤滑油膜仍能保護其絕緣性能，不會產(chǎn)生軸電流。當軸電壓增加到一定數(shù)值時，尤其在電動機啟動時，軸承內(nèi)的潤滑油膜還未穩(wěn)定形成，若不采取措施，軸電壓將擊穿油膜而放電，在轉(zhuǎn)軸、軸承座和底板構(gòu)成的回路中產(chǎn)生電流——軸電流[3，4]，從而發(fā)生各類安全事故?？梢娸S電壓是內(nèi)在因素，分析軸電流的產(chǎn)生關(guān)鍵為正確分析軸電壓的產(chǎn)生原因。

3.1 軸的磁化

（1）電機中環(huán)繞軸的各種閉合回路。電刷刷架裝置到集電環(huán)、電樞串聯(lián)回路、換向極繞組、補償繞組及各種連線，均有能使軸產(chǎn)生磁化的作用。若各類軸磁化的因素不加以抵消，就會產(chǎn)生軸磁化的現(xiàn)象。

（2）有的特種電機凸極轉(zhuǎn)子每間隔一個磁極設(shè)置一個勵磁線圈，這種勵磁線圈產(chǎn)生的磁通不僅通過無勵磁線圈相鄰極，也可通過軸、機殼和定子鐵心構(gòu)成閉合磁回路，導(dǎo)致軸磁化。

（3）轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)不同心。零部件制造精度、裝配誤差及其他各種因素，轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時和定子不完全同心，造成磁路不對稱，同樣會導(dǎo)致軸磁化[5]。

3.2 定子磁軛中由脈動磁通所感生的軸電壓

（1）機座有接縫的電機。當一個有兩個接縫機座和4級轉(zhuǎn)子的電機運轉(zhuǎn)時，其定子磁軛中的磁通總和不說任何時間均為零，其值是脈動的。這種脈動磁通在“軸-軸承-機殼”回路中感應(yīng)電壓。

（2）轉(zhuǎn)子支撐偏心。轉(zhuǎn)子支撐偏心也會產(chǎn)生脈動磁通，同樣會在軸中感生交流電壓。

（3）沖片疊裝等因素。由于扇形沖片、硅鋼片等疊裝因素，再加上鐵芯槽、通風孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，在轉(zhuǎn)軸的周圍有交變磁通切割轉(zhuǎn)軸，在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

3.3 逆變供電

電動機采用逆變供電運行時由于電源電壓含有較高次的諧波分量，在電壓脈沖分量的作用下，定子繞組線圈端部、接線部分、轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生變化，從而產(chǎn)生軸電壓。

3.4 靜電感應(yīng)

在電動機運行的現(xiàn)場周圍有較多的高壓設(shè)備，在強電場的作用下，在轉(zhuǎn)軸的兩端感應(yīng)出軸電壓。

3.5 外部電源的介入

由于運行現(xiàn)場接線比較繁雜，尤其大電機保護、測量元件接線較多，哪一根帶電線頭搭接在轉(zhuǎn)軸上，便會產(chǎn)生軸電壓。

3.6 其他原因

靜電荷的積累、測溫元件絕緣破損等因素都有可能導(dǎo)致軸電壓的產(chǎn)生。

4 軸電流的防范措施

針對以上分析軸電流的根本成因，一般可在現(xiàn)場采取如下防護措施。

4.1 軸端安裝接地碳刷

對于沒有絕緣隔離層的軸承在轉(zhuǎn)軸上加裝接地碳刷，使接地碳刷可靠接地且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位。以此消除軸電流。

4.2 改進電機與逆變器、電機與負載間的高頻接地

電機外殼到逆變器外殼的連接應(yīng)通過線纜的屏蔽層和內(nèi)部的接地導(dǎo)線，電機的外殼到負載外殼應(yīng)采用金屬帶。

4.3 加絕緣隔板

為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生的軸電流，可在非軸伸端軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，切斷軸電流的回路。

4.4 將軸承座対地絶縁

此為防止軸電流最常用和較簡便有效的方法，軸承絕緣的絕緣電阻，按有關(guān)標準規(guī)定，若用500V兆歐表測量，數(shù)值不應(yīng)低于0.5MΩ，工廠在實際生產(chǎn)中均應(yīng)控制在1MΩ左右，可借用專門的線路來連續(xù)監(jiān)測軸承的絕緣狀態(tài)。

4.5 采用非磁性軸承座或附加墊圈

由單極效應(yīng)引起的軸電流主要在軸承與軸頸組成的回路內(nèi)流動，采用軸承座絕緣的方法不能阻止其產(chǎn)生。因此，一般避免產(chǎn)生軸向磁通的同時，還應(yīng)采用非磁性軸承座或附加線圈來削弱軸向磁通。

4.6 加強絕緣防護

為了避免其他電動機附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，應(yīng)定期細致檢查并加強導(dǎo)線或墊片絕緣，以消除不必要的軸電流隱患。

一般通過以上處理，大多數(shù)電動機的軸電流微乎其微，已對電動機構(gòu)不成實質(zhì)上的危害。此外，電機生產(chǎn)廠家在加工制造時應(yīng)提高工藝技術(shù)，保證質(zhì)量；設(shè)計和制造時，應(yīng)保證磁路的對稱性；盡量避免產(chǎn)生軸向磁通。

5 結(jié)語

本文針對軸電流導(dǎo)致的軸承報死開展相關(guān)研究，分析軸電流的危害、產(chǎn)生原因及防范措施。經(jīng)大量工廠實踐檢驗，本文所分析原因正確，為軸電流故障的解決提供系統(tǒng)思路，防范措施切實可行，可有效減少事故發(fā)生。

參考文獻：

[1] 王崢.直流電動機的軸電流和軸承電流分析[J].上海大中型電機，2015（4）：15～16+28.

[2] 邰麗娟，趙勇.中大型增安型電動機防止軸電流產(chǎn)生的分析[J].防爆電機，2002（3）：23～24.

[3] 陳永剛.軸電流引起的電機軸承溫度高及預(yù)防措施[J].甘肅冶金，2016（4）：102～103+107.

作者簡介：

朱萬明，生于1987年，男，四川資陽人，學士，重鋼西昌礦業(yè)電氣工程師。研究方向：選礦電氣設(shè)備技術(shù)指標的優(yōu)化研究；選礦電氣設(shè)備的選型設(shè)計和調(diào)試研究。