大容量電動(dòng)機(jī)軸電流消除裝置的研究及應(yīng)用

劉向萍 李兆軍

(1、銀川能源學(xué)院,寧夏 銀川 750100 2、寧夏西北駿馬電機(jī)制造股份有限公司,寧夏 石嘴山 753001)

電動(dòng)機(jī)[1]運(yùn)行時(shí),由于軸承中的絕緣潤(rùn)滑油膜被破壞,在轉(zhuǎn)軸與軸承之間存在著電流,這種電流稱為軸電流。

軸電流往往容易產(chǎn)生在大功率電動(dòng)機(jī)中,容易擊穿原來(lái)的絕緣墊,在轉(zhuǎn)軸、軸承內(nèi)圈、軸承外圈、軸承室構(gòu)成回路,于是轉(zhuǎn)軸軸承外和軸承內(nèi)圈的表面會(huì)因電弧放電產(chǎn)生小而深的圓形蝕點(diǎn)或條狀電弧傷痕,破壞軸承及軸,嚴(yán)重時(shí)足以把軸頸和軸瓦燒壞。

1 目前采用導(dǎo)流裝置造成電機(jī)故障的現(xiàn)狀

大型電機(jī)及變頻電機(jī)在正常工作時(shí)軸上軸電流的存在,一直困擾著電機(jī)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的質(zhì)量。電機(jī)生產(chǎn)廠家目前主要采取的防范措施有以下兩種：(1)引流：在電機(jī)驅(qū)動(dòng)端安裝接地碳刷,接地碳刷接地,且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸,使轉(zhuǎn)軸電位為零電位,可將電機(jī)軸上的靜電荷引向大地,以此消除軸電流(但是往往達(dá)不到效果)。該措施一般在發(fā)電機(jī)上運(yùn)用較多,在大型交流電動(dòng)機(jī)上也偶有運(yùn)用。(2)阻斷：軸電流形成的重要條件之一就是構(gòu)成回路。在電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端的軸承蓋和軸承之間加裝絕緣墊或采用絕緣軸承,隔斷軸電流的回路,是多數(shù)電機(jī)生產(chǎn)商采用的措施。以上兩種方案,采用接地碳刷和絕緣墊效果依然不好,不能將軸電流降低在最低的允許范圍內(nèi)。使用絕緣軸承效果好,但是成本高。

通過(guò)電機(jī)出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較,第一種方法對(duì)大功率電動(dòng)機(jī)軸電流的降低效果依然不好,不能將軸電壓降低在U1<0.3v 以內(nèi)。第二種方法通常使用絕緣軸承或絕緣端蓋來(lái)隔離軸電流,雖然對(duì)軸電流的降低效果較好,但這樣是其存在問(wèn)題的,由于僅僅是隔離了電流通過(guò)電機(jī)軸承的流經(jīng)途徑,軸電流還是會(huì)通過(guò)與其連接的負(fù)載設(shè)備的軸承進(jìn)行放電,造成負(fù)載設(shè)備的損害,因此造成的危害不可估量。電機(jī)正常工作時(shí),高頻循環(huán)軸電流流向見(jiàn)圖1,低頻軸電流流向見(jiàn)圖2。

圖1 高頻循環(huán)軸電流流向

圖2 低頻軸電流流向

2 造成軸電流產(chǎn)生的原因分析

通過(guò)當(dāng)前的運(yùn)行工作實(shí)際情況進(jìn)行分析,采用現(xiàn)有的導(dǎo)流方法,大功率電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),依然存在軸電壓,且造成轉(zhuǎn)軸燭點(diǎn),軸承內(nèi)圈條狀電弧傷痕,有時(shí)甚至?xí)龤щ姍C(jī)[2]。軸電流對(duì)電機(jī)質(zhì)量的影響,軸電流燒毀的電機(jī)可見(jiàn)圖3。

圖3 軸電流燒毀的電機(jī)

通過(guò)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)幾個(gè)方面的綜合分析,找出造成電機(jī)運(yùn)行時(shí)間短及轉(zhuǎn)軸與軸承質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)：(1)轉(zhuǎn)軸與軸承間的潤(rùn)滑油膜不均勻；(2)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高頻脈沖或電勢(shì)差。

3 新設(shè)計(jì)方案的探討

3.1 從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高頻脈沖或電勢(shì)差為入手點(diǎn)解決問(wèn)題

電機(jī)工作時(shí),電動(dòng)機(jī)往往采用變頻器供電,因電壓源含有高次的諧波分量,在電壓脈波分量的作用下,定子繞組線圈端部、接線部分與轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生電磁感應(yīng),導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸的電位發(fā)生了變化,從而產(chǎn)生了軸電壓[2],為了減小軸電壓的分量,在機(jī)殼上安裝一個(gè)接地碳刷或采用絕緣軸承[3]。

3.2 從轉(zhuǎn)軸與軸承間潤(rùn)滑油膜不均勻?yàn)槿胧贮c(diǎn)解決問(wèn)題

如果轉(zhuǎn)軸與軸承間潤(rùn)滑油膜太多,那么潤(rùn)滑效果好,會(huì)導(dǎo)致電機(jī)腔內(nèi)有油膜或向外漏油。油量多時(shí)(因?yàn)闈?rùn)滑效果好),油量少時(shí)(因?yàn)橛绊懬粌?nèi)其它部件的正常使用),因此在確定保證潤(rùn)滑油脂量合適的情況下,保證電機(jī)質(zhì)量。要控制婦潤(rùn)滑油脂劑量,因?yàn)橐ＷC腔內(nèi)其它部件的正常使用；但是,潤(rùn)滑油脂量少,容易擊穿油膜放電,導(dǎo)致灼傷或損壞設(shè)備。針對(duì)存在的問(wèn)題可在空間上進(jìn)行分離。在轉(zhuǎn)軸與軸承間的空間上,通過(guò)增加擋圈和絕緣墊,見(jiàn)圖4,提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖4 擋圈和絕緣墊

4 新裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)存在問(wèn)題需要研制[4]一種既導(dǎo)流效果好又成本低的釋放軸電流裝置來(lái)解決軸電流危害問(wèn)題。這樣既可以解決行業(yè)問(wèn)題又可為企業(yè)降低成本。針對(duì)存在問(wèn)題,通過(guò)跟蹤、改進(jìn)、驗(yàn)證,目前已研制一種既操作性強(qiáng)又導(dǎo)流效果好的裝置[4],見(jiàn)圖5。采取上述措施,使電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定,其導(dǎo)電環(huán)采用的單根纖維直徑7um,被紫銅管束縛,形成集束導(dǎo)電刷,每一集束導(dǎo)電刷包含48000 根導(dǎo)電纖維,有效截面積為1.846 平方毫米,見(jiàn)圖6。該裝置與以往的方案相比,在行業(yè)內(nèi)具備大規(guī)模推廣的價(jià)值。

圖6 導(dǎo)電環(huán)

5 結(jié)論

釋放軸電流裝置裝入電動(dòng)機(jī)非軸伸端后,帶負(fù)載進(jìn)行型式試驗(yàn),運(yùn)轉(zhuǎn)30 分鐘,檢測(cè)軸電壓的數(shù)值,根據(jù)其值驗(yàn)證釋放軸電流裝置的導(dǎo)流效果。用戶實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,軸電流流向見(jiàn)圖7、8。軸電流通過(guò)導(dǎo)電環(huán)流入大地或電機(jī)機(jī)殼。

表1 用戶使用后實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

圖7 低頻循環(huán)軸電流流向

圖8 高頻循環(huán)軸電流流向

該導(dǎo)電環(huán)便于裝配,可操作性強(qiáng)大；成本低,在行業(yè)用途廣泛；使電機(jī)正常工作時(shí),無(wú)振動(dòng)、噪音及發(fā)熱等質(zhì)量問(wèn)題。從質(zhì)量檢查記錄可以看出,增加新裝置以來(lái),不僅提高了電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量,大大減少了軸承和軸的損壞數(shù)量,節(jié)省了維修及返司成本,而且為公司帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益。