<p class="ql-block">軸承作為支撐機(jī)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(wèn)題也是多種多樣的，其中比較常見(jiàn)也比較讓設(shè)備使用人員頭疼問(wèn)題就是：軸承電蝕問(wèn)題。本文和大家一起探討下有關(guān)軸承電腐蝕的相關(guān)問(wèn)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(guò)電機(jī)內(nèi)的寄生電容產(chǎn)生干擾電流?；诖?，干擾電流將流過(guò)電機(jī)軸承。最壞的情況就是，軸電壓達(dá)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(jī)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(rùn)滑油膜具有絕緣作用時(shí)，軸承阻抗可表達(dá)為容性 Cb。但隨著軸承電壓的升高導(dǎo)致潤(rùn)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(dòng)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(jī)集成到驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)電壓邊沿變換在繞組與機(jī)殼的電容（Cwh）之間以及對(duì)地都將產(chǎn)生高頻容性漏電流，這類漏電流將導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)不均勻分布，從而感應(yīng)出高頻軸電壓Vshaft。當(dāng)電機(jī)軸承上的潤(rùn)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(jī)軸→非驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承（NDE 軸承）→電機(jī)機(jī)殼→驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承（DE 軸承）→電機(jī)軸。由于環(huán)電流大小取決于繞組與機(jī)殼之間的寄生電容 Cwh，所以隨電機(jī)軸高增加而增加，對(duì)于軸高在 225 以上（包括 225）的電機(jī)，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(jī) 3 相定子繞組對(duì)地的陡峭電壓邊沿通過(guò)與轉(zhuǎn)子間的寄生電容 Cwr 對(duì)軸承寄生電容 Cb 進(jìn)行充電。這樣電機(jī)軸和軸承上的電壓時(shí)間特性將是附加于定子繞組3相對(duì)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(jī)中，軸及軸承電壓為電機(jī)繞組相對(duì)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(rùn)滑油膜，那么 Cb 和 Crh 將以很短的高電流脈沖形式放電。這個(gè)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(jī)繞組與機(jī)殼之間的寄生電容 Cwh 流過(guò)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(jī)機(jī)殼對(duì)于高頻干擾電流不具備良好的接地，那么電機(jī)繞組與接地系統(tǒng)之間，對(duì)于高頻漏電流來(lái)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(dòng)機(jī)械設(shè)備對(duì)于高頻干擾電流來(lái)講具有良好的接地，那么干擾電流將通過(guò)較低的阻抗路徑回流：電機(jī)軸承上的防護(hù)罩→電機(jī)軸→機(jī)械耦合裝置→齒輪箱或驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備到接地系統(tǒng)，再到變頻器。此類軸電流對(duì)電機(jī)軸承，齒輪箱及機(jī)械設(shè)備將產(chǎn)生很大的損傷。</p> <p class="ql-block">三.現(xiàn)場(chǎng)案例</p><p class="ql-block">Case1軸電流對(duì)電機(jī)軸承的影響：</p><p class="ql-block">問(wèn)題描述：某景區(qū)索道主電機(jī)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(duì)軸端編碼器的影響：</p> <p class="ql-block">問(wèn)題描述：現(xiàn)場(chǎng)有些減速電機(jī)產(chǎn)品在運(yùn)行近一年左右， S120 驅(qū)動(dòng)器陸續(xù)報(bào)出編碼器信號(hào)故障，經(jīng)檢查電機(jī)配套的編碼器發(fā)現(xiàn)編碼器的軸承潤(rùn)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(gè)case典型共同的問(wèn)題在于轉(zhuǎn)子軸電流。由于電機(jī)機(jī)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(jī)殼上形成較高電位，從而在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件中，包括軸承，機(jī)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(dòng)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(hù)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(dòng)系統(tǒng)的組件（變壓器，變頻器，電機(jī)，齒輪箱以及機(jī)械設(shè)備）處于同一的電位，</p><p class="ql-block">等電位連接的幾個(gè)目的：</p><p class="ql-block">①防止驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)非驅(qū)動(dòng)側(cè)采用絕緣軸承</p><p class="ql-block">絕緣的 NDE 通過(guò)增加環(huán)流路徑：電機(jī)軸→ NDE 軸承→電機(jī)機(jī)殼→DE 軸承→電機(jī)軸的阻抗可大大減小容性環(huán)流。由于環(huán)流大小隨電機(jī)軸高增加而增加，對(duì)于大型電機(jī)來(lái)講，十分有必要在非驅(qū)動(dòng)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(jī)軸承之間的絕緣安裝。</p><p class="ql-block">· 電機(jī)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?yàn)V波器</p><p class="ql-block">根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行于 IT 系統(tǒng)時(shí)，變壓器中性點(diǎn)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(duì)于流過(guò)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(duì)于減小軸電流影響來(lái)講，IT 系統(tǒng)較之接地 TN 系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì)。</p><p class="ql-block">Case1的問(wèn)題解決：</p><p class="ql-block">檢查處理現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)側(cè)與非驅(qū)動(dòng)側(cè)加裝絕緣軸承</p> <p class="ql-block">Case2的問(wèn)題解決:</p><p class="ql-block">檢查處理現(xiàn)場(chǎng)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(jī)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(chǎng)實(shí)際case可以看到，對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)漏電流的路徑控制是解決軸電流的根本思路。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(wèn)題的復(fù)雜性，分析與處理方法可能會(huì)各有不同和不足，對(duì)于實(shí)際問(wèn)題的分析，希望能各抒己見(jiàn)，拋磚引玉，深入討論，以利于進(jìn)一步處理實(shí)際使用中遇到的問(wèn)題。</p>