电动机使用过程中的轴电压与轴电流问题

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2021年7月26日发布

       电机定子铁心组合缝、定子硅钢片接缝、定子与转子空气间隙不均匀等，会造成电机的磁路往往不对称，电机主轴在这种不对称的磁场中旋转，会在其两端产生交流电压叫轴电压，如果电机主轴两端轴承没有绝缘垫或绝缘不好。这个电压就会通过电机两端轴承支架形成电流回路，这个电流叫轴电流。大型电机要充分考虑轴电压和轴电流带来的不利影响，在实际生产应用中产生的危害很大。

图1  电机中产生的轴电压和轴电流示意图

1）磁路不平衡产生轴电压

       电动机因扇形冲片、硅钢片叠装及铁芯槽、通风孔等存在造成磁路中存在不平衡磁阻，且在转轴周遭有交变磁通切割转轴，因此在轴两端感应出轴电压。

2）变频器供电产生轴电压

       电动机采用变频器供电时，由于电源电压含有高次谐波分量，在电压脉波分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使得转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。

3）静电感应产生轴电压

       在电动机放置位置处若周遭有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。

4）外部电源的介入的生轴电压

       大型电机由于保护、感测元件绝缘破损等因素，都有可能导致轴电压的产生。轴电压建立后，一旦在转轴及机座、外壳间形成回路后，就会产生轴电流。

     正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，此油膜有绝缘的作用。对于较低的轴电压，润滑油膜仍有其保护其绝缘性能。轴电压增加到一定数值（尤其在电动机启动时，当轴承内的润滑油膜尚未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电。轴电流由转轴经轴承放电，因接触面积小，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔。

       轴电流的危害主要是将在轴颈和轴瓦之间产生小电弧侵蚀，破坏油膜，使轴承温度升高，润滑油碳化变质等；如果轴电流超过一定数值，发电机转轴轴颈的滑动表面和轴瓦就可能被损坏，轴承不能使用或寿命将会大大缩短。

图2   因轴电流烧毁的电机

图3 轴电流烧坏的轴和联轴器

       轴电流的形成需要同时具备两个条件：一是轴承内圈和轴承外圈、轴承室、机座形成一个闭合回路；二是轴承的内圈和外圈之间存在电位差，即轴电压。通常采用下列几种防范措施：

1）设计安装时，通常在位于电机轴承支架与底座之间加装绝缘垫，同时将所有油管、螺杆、螺钉等采取绝缘措施。

2）在电机设计时,避免产生磁路不对称。为了降低电机由于磁路不对称引起的轴电压，设计时考虑消除或减少轴电压的措施，采用全新的电机结构，安装时严格按照厂家工艺、设计要求，防止转子偏心。

3）为了防止轴电压、轴电流的危害，电机的大轴上都要安装碳刷，通过接地装置接地，碳刷会及时把电流引向大地。

图4 轴电流接地示意图

4）以切断电流回路为原理，阻断轴电流主要依靠轴承与机座的底板之间加装绝缘垫，平时注意不应有金属物短接绝缘垫。绝缘轴承主要的结构形式有深沟球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和四点接触球轴承等。

图5：加绝缘垫抑制轴电流

       三相异步电机是一个技术十分成熟的产品，生产门槛也较低，在产业链发达的地区，小作坊式的电机厂比比皆是，但要做到电机性能优异，品质稳定，则还是要一定规模的电机厂才有保障。

1）硅钢片

       硅钢片是电机的重要组成部分，和铜线一起占了电机的主要成本，硅铜片分冷扎钢片和热扎钢片，提倡弃用热扎片，一般规模企业都已采用冷扎片进行制造，冷扎片性能在牌号中可体现，一般采用DW800，DW600,DW470等，普通异步电机一般采用DW800,有部分企业采用带钢制造电机，性能是有明显差异的。

2）铁心长度

      电机定转子都由硅钢片压铸而成，压铸的长度与压铸的紧密度对电机性能影响很大，铁心压铸长度越长越紧密，功率性能越好。有企业以缩短铁心长度或降价硅钢片牌号来降低成本，电机价格就低。

3）铜线槽满率

       铜线槽满率即铜线用量的多少，铁心越长，同时铜线用量会越多，槽满率越高，使用铜线也越多，铜线足，电机性能就会好，有部分生产企业在不改变铁心长度的情况下，缩小槽形，以此来减少铜线用量，降低成本。

4）轴承

      轴承是承受电机转子高速运转的载体，轴承品质的优劣，影响电机的运转噪音，发热。

5）机壳

       机壳承担电机在运转过程中的振动，散热，按重量计算，越重机壳强度越大，当然，机壳的外观设计，压铸外观效果，都是影响机壳价格的重要因素。

6）工艺

       包括机件加工精度，转子压铸工艺，装配工艺，绝缘浸漆等，都会影响电机的性能和品质稳定性，规模厂家生产工艺相对管理较严格，品质更有保障。

  （本稿件由中矿传动市场部整理编辑，经中矿传动技术支持团队审核授权发布！）

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