電機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及防止措施

惠萍

【摘要】大電機(jī)產(chǎn)生軸電壓是不可避免的，我們必須采取切實(shí)可行的措施防止軸電流的形成，最大程度地降低軸電流對設(shè)備的損傷。

【關(guān)鍵詞】軸電流；破壞；防范

1. 引言

電機(jī)在運(yùn)行過程中，有時在轉(zhuǎn)軸兩端會出現(xiàn)電位差——軸電壓。當(dāng)軸電壓超過一定數(shù)值時，若不采取措施，就會使軸承中的油膜擊穿，在軸承、軸承座和底板構(gòu)成的回路中產(chǎn)生電流，稱為軸電流。軸電流的存在對電動機(jī)軸承的使用壽命具有極大的破壞性，它會破壞油膜穩(wěn)定和潤滑油的物理化學(xué)性能，并在軸頸和軸瓦上引起電弧放電的麻點(diǎn)，導(dǎo)致軸瓦溫度升高，影響電機(jī)正常運(yùn)行，嚴(yán)重時，還會造成停機(jī)事故。對于大型電機(jī)，特別是大型可控硅供電的直流電機(jī)，由于軸電壓常可達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，因此如何防止軸電流極為重要。

2. 軸電流的危害

電機(jī)運(yùn)行過程中，如果在兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間有軸電流的存在，那么對于電機(jī)軸承的使用壽命將會大大縮短。輕微的可運(yùn)行上千小時，嚴(yán)重的甚至只能運(yùn)行幾小時，給現(xiàn)場安全生產(chǎn)帶來極大的影響。同時由于軸承損壞及更換帶來的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失也不可小計。

3. 軸電壓和軸電流產(chǎn)生的原因

3.1磁路不平衡產(chǎn)生軸電壓。

造成磁路不平衡的原因很多，例如：定子鐵芯接合處的縫隙、電機(jī)由于電樞沖片、定子沖片疊裝等因素，再加上鐵芯槽、通風(fēng)孔及轉(zhuǎn)子偏心等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在轉(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。

3.2電樞磁路不均勻，當(dāng)電樞磁路不均勻，在電樞轉(zhuǎn)動時，由于磁阻變化，磁通產(chǎn)生脈振，這脈動部分磁通切割轉(zhuǎn)軸，在軸的兩端產(chǎn)生軸電勢。

3.3單極效應(yīng)，由于補(bǔ)償繞組或換向極繞組接線不當(dāng)?shù)仍颍姍C(jī)存在一環(huán)軸剩余磁勢。當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，兩軸端也會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

3.4電容電流，直流電機(jī)電樞繞組與電樞鐵心之間存在分布電容，在采用可控硅整流電源后，電流中的脈動分量就要在電樞繞組和電樞鐵心間產(chǎn)生電容電流，這樣就使軸與地之間，產(chǎn)生一個電位差。

3.5逆變供電產(chǎn)生軸電壓。

電動機(jī)采用逆變供電運(yùn)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。

3.6靜電感應(yīng)產(chǎn)生軸電壓。

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

3.7外部電源的介入產(chǎn)生軸電壓由于運(yùn)行現(xiàn)場接線比較繁雜，尤其大電機(jī)保護(hù)、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。

3.8其他原因。

如靜電荷的積累、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。軸電壓建立起來后，一旦在轉(zhuǎn)軸及機(jī)座、殼體間形成通路，就產(chǎn)生軸電流。

4. 軸電流對軸承的破壞

4.1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(hù)其絕緣性能，不會產(chǎn)生軸電流。但是當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值時，尤其在電動機(jī)啟動時，軸承內(nèi)的潤滑油膜還未穩(wěn)定形成，軸電壓將擊穿油膜而放電，構(gòu)成回路，軸電流將從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過，由于該金屬接觸點(diǎn)很小，所以這些點(diǎn)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。一般由于轉(zhuǎn)軸硬度及機(jī)械強(qiáng)度比軸承燒熔合金的高，通常表現(xiàn)出來的癥狀是軸承內(nèi)表面被壓出條狀電弧傷痕。

4.2凡是軸電流引起的燒傷，在拆出軸承檢查時會發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)外圈跑道上有像搓板樣的條形燒傷痕跡，這是軸電流對滾動軸承破壞的共同特征。同時其表面還伴有麻點(diǎn)、傷痕，有的甚至還有裂紋出現(xiàn)。同時，電機(jī)軸承溫度上升很快，并伴有潤滑油脂流出。造成搓板樣的燒痕是由于滾珠在軸承圈的跑道上滾動和輾壓跑道時，在輾壓接觸地方，接觸電阻很小，并將潤滑脂擠向兩側(cè)，當(dāng)滾動體將要離開原位置時，產(chǎn)生小間隙，這時會有放電現(xiàn)象產(chǎn)生，類似于電火花作用和影響，將跑道表面燒成線條狀痕跡。線條的個數(shù)與軸電流頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速和軸承內(nèi)狀況有關(guān)。當(dāng)后來的滾動體繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動時，因輾壓使燒痕壓平、壓光，所以跑道表面會出現(xiàn)光亮。

5. 軸電流的防范

針對軸電流形成的根本原因，一般在現(xiàn)場采用如下防范措施：

5.1在電機(jī)設(shè)計和制造時，應(yīng)盡量避免磁路不平衡。沖片疊裝應(yīng)盡量均勻，此外，要避免轉(zhuǎn)子偏心，直流電機(jī)和同步電機(jī)中各磁極下的氣隙也應(yīng)盡量相同。

5.2在電機(jī)設(shè)計、制造和運(yùn)行時，應(yīng)盡量避免產(chǎn)生軸向磁通。具體措施是使直流電機(jī)的補(bǔ)償繞組、換向極繞組和勵磁繞組的各連接線的各自的電流大小相等、方向相反、匝數(shù)和長度相等，因而，極間連接線所產(chǎn)生的磁勢互相抵消，環(huán)軸電勢為零，將不產(chǎn)生軸向磁通。

5.3在軸上安裝接地碳刷。使軸電流盡可能通過碳刷，以降低軸電位，使接地碳刷可靠接地，并且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位，以此消除軸電流，減少對軸承的危害。

5.4為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生軸電流，往往在非軸伸端的軸承座和軸承支架處加絕緣隔板，以切斷軸電流的回路。

6. 結(jié)論

大電機(jī)產(chǎn)生軸電壓是不可避免的，由軸電壓形成的軸電流對設(shè)備的危害是嚴(yán)重的，我們必須采取切實(shí)可行的措施防止軸電流的形成，最大程度地降低軸電流對設(shè)備的損傷。

[文章編號]1619-2737（2014）03-29-685endprint