大中型电动机轴电流的分析与防范

宁志伟

摘 要：大中型电动机中，轴电流的存在对于电动机的轴承使用周期具有非常大地破坏性，根据最近几年的现场检修实践，还有设备实际的运行情况，对于大型电动机轴电流产生的原因，还有危害分别进行分析，探讨防范措施，提出加强转轴与轴承座间绝缘，以及保持轴与轴瓦之间润滑绝缘介质油的纯度，还有在大型电机轴端安装接地碳刷，解决了电动机由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失。

关键词：大中型电动机;轴电流;防范措施

前言：电动机轴承的使用周期，会受到轴电流的存在的严重影响，并且具有非常大的破坏性。根据对于现场实际运行情况的分析，可以找到轴电流产生的各种原因，探讨大中型电动机轴电流的防范措施，可以降低轴电压，切断轴电流回路，增加回路阻抗，在根本上解决轴电流危害导致出来的问题。

1.电动机轴电流的产生

轴电压通过电动机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路，就能够产生轴电流。

在正弦交变的电压下，通常情况下，交流异步电动机就可以运行，正弦交变的磁场中，转子能够旋转。有的时候，可能会产生同轴相交链的一种交变磁通，在电动机进行运行时，还会伴随着电动机的磁极转换，转轴被交变磁通所切割，与电磁发生感应，产生出一种交变电势，最后在电动机的轴承及转轴之间，或者两轴承之间，可以产生轴电压。

延轴向产生的轴电压，可以与电动机轴承、转轴、定子基座，或者辅助装置与大地一起，在电动机运行过程中，构成一种闭合回路，就会产生轴电流，详见图1。

2.轴电压和轴电流产生的原因

电动机轴承与转轴之间产生的电压，或者电动机两轴承所产生的电压，就是轴电压，轴电压的产生原因主要有五种，分别是：

2.1逆变电源供电运行产生轴电压

因为电源电压中，有比较高次的谐波分量，其在电压脉冲分量的影响下，当电动机在逆变电源的作用下，在供电运行的过程中，会产生电磁感应，存在于定子绕组线圈的前面，以及转轴之间，还有接线部分，使得转轴的电位，在这个过程中产生了变化，进而产生轴电压。

2.2静电感应产生轴电压

有非常多的高压设备，都存在于电动机运行现场，存在于其周围环境当中，这些高压设备受到电动机运行现场比较强电场的影响，可以通过转轴的两端表现出来，从而感应出轴电压的存在。

2.3磁阻不平衡产生轴电压

电动机受到一系列叠装因素的影响，比如说扇形冲片，再比如说极对数关系出现错误，还有硅钢片铁心材料的方向性存在问题。在这些叠装因素的作用下，有剩余磁通产生出来，且其是在通风孔中存在，不仅如此，铁心槽等装置中也会有剩余磁通存在着。随后不平衡的电阻也就在磁路的产生过程中，与轴相交链的交变磁通一起，在电动机中产生变化，轴电压也在轴的两端感应了出来。

2.4外部电源的介入产生轴电压

因为接线在运行现场是数量比较多的，特别是在保护和测量大型电动机元件的时候，因为接线数量更多，轴电压会在接线头搭接在转轴的时候立即产生。

2.5其他原因

当然，还有一些其他原因也会产生轴电压，比如在积累静电荷的过程中，还有在测量元件绝缘破损时，还有很多，诸如此类，这些因素都可能导致轴电压的产生。

3.大中型电动机中轴电流的危害分析

目前，滚动轴承广泛应用于现代大中型异步电动机的制造过程当中，因为滚动轴承有很多优势，比如运行比较可靠、在使用过程中维护比较方便、起动性能比较好，在较为中等的速度下，承载能力相对来说比较高。在正常的情况下，电动机的轴电压是相对来说比较低的，轴承和转轴之间的润滑油膜，可以在电动机的运行过程中起到一个绝缘的作用，使其不产生轴电流。但是受到某些原因的影响，如果轴电压增大到一定的程度，或者电动机在起动的一瞬间下，也就是油膜没有稳定形成的时候，如果没有采取相应的措施，输电压有可能击穿润滑油膜，在放电过程中形成闭合电路，从而产生轴电流。

3.1故障现象

轴电流通过转轴和轴承的金属接触点，因为这个金属接触点的面积相对来说比较小，因此这些金属接触点的电流密度比较大，致使在一瞬间内，产生了高温，导致轴承的内外圈，或者滚珠上许多微小区域受到局部的烧熔，在辗压力的影响下，被烧熔的轴承合金会发生飞溅，导致在轴承内的表面上，会烧出许多麻点，如果严重的话，还会出现裂纹，导致振动和噪声能够产生。

转子还有轴承之间的摩擦和损耗会因为麻点的增多而增加，升高了电动机轴承的温度，使油膜的稳定性，还有润滑油的物理和化学性能都受到破坏，有时甚至会使润滑油脂大量地溢出去，如果没有及时地发现或者进行处理，可能会烧毁轴承，甚至直接影响到轴承的使用周期。

轴承盒，以及轴承外套，两者配合，会出现一些问题，比如说在相对运动的时候，会产生磨损，这些都是因为温度升高导致的。如果磨损比较严重，电动机的驱动端轴承会出现一定程度的位移，导致转子的非驱动端，同驱动端不能同心，轴承径没有受到同等的力，导致“搓衣板”式的条状电弧伤痕出现在轴承滚柱，还有内套的上面，轴电流的频率、线条的个数，还有电动机转速和轴承内的状况，都存在着一定的关系。因为烧痕在辗压的过程中，被逐渐地压光和压平，在滚动体继续转动的过程中，跑道的表面会逐渐地产生光亮。

目前，由于轴电流在电动机的轴承上，导致的烧损事故会比较少，所以检修人员通常会忘记轴电流的存在。但是当发生严重的故障事故时，轴承小盖的磨损，还有轴承盒的磨损都会比较严重，电动机的振动也比较大，机械划伤的痕迹，会导致大部分的放电麻点被掩蓋掉。

3.2轴电流对轴承的危害

假如，p是电动机的极对数，n是定子铁心接缝数，那么n/p这个分数就可以简化为n/p。如果n是偶数，轴电流就不会产生;如果n是奇数，就可能产生频率为fn的轴电流。其中f是电动机的电源频率。

虽然受到各种原因的影响，电动机产生的轴电压相对来说比较低，大概在0.5伏至2伏之间，但因为Z=r+jwL，电流回路阻抗比较小，因此会产生比较大的轴电流，在很大程度上危害了电动机滚动轴承。凡是轴电流存在的条件下，就会在很大程度上影响滚动轴承的使用寿命，导致其特别短暂。也就是说，大中型电动机的轴电流问题必须受到人们的高度重视，在事情发生之前果断采取措施，在最大限度下降低轴电流的危害。

现阶段，我国还没有明确地规定来对轴电压，或者轴电流进行限值，但是有一些建议和规定，已经被有关研究机构，以及个别的厂家所提出，比如众所周知的西门子公司，该公司规定了，电动机的出厂空载轴电压，要控制在350毫伏以下，一旦超过了350毫伏，轴承一定要处于绝缘的状态下。在实践过程中，对于滚动轴承来说，一定要将轴电压控制在0.3伏以下，从而使轴电压对于滚动轴承的危害降到最低。

4.大中型电动机轴电流的防范

针对轴电流形成的各种原因，通常情况下，要在现场采取一定的防范措施，简要分析如下：

第一，如图2所示，在轴伸端安装接地电刷，使得接地电刷可以靠接地，保证转轴电位为零电位，并且与转轴达到可靠接触，使电刷能够被轴电流尽可能地通过，以此降低对于轴承的危害性。

第二，为了防止轴电流因为各种原因所产生，比如磁路不对称，通常情况下，解决办法是垫绝缘隔板，位置是非轴伸端的轴承座，以及轴承支架的地方，在这个过程中，轴承座的固定螺钉，还有定位销钉，也同样需要套上绝缘套管，来切断轴电流的回路，详见图3。在这个过程中，工作人员要经常用兆欧表进行测量，检查轴承座的绝缘强度，以此保证绝缘垫能够始终在绝缘的作用下，并且绝缘不可以低于0.5兆欧。

第三，为了避免不应该出现的轴电流隐患发生，同时避免轴电流因为其他导线的绝缘破损而产生，通常情况下，要求检修运行人员，应该进行细致地检查，同时加强绝缘，从而使轴电流隐患得以消除。

第四，轴承还有转轴之间的润滑油是比较耐高温的，在散热、润滑、还有起绝缘的作用下，一定要定期，并且保质保量地对其进行检查，只有在这样的情况下，才能够满足电动机的运行要求，使得轴电流能够绝缘。

第五，对于新投入运行的电动机，还有运行一年左右的电动机，工作人员要特别加强巡视和检查频率。一旦发现电动机存在异常现象，应该及时地采取相应的措施加以解决，从而使轴电流对电动机的危害能够降到最低。

经过实践可以证明，如果嚴格按照上述的方式进行处理，得到的轴承使用周期可以大大提高，从原来的几十个小时，提高到几百、几千个小时，甚至上万个小时，效果是非常明显的。特别是，防范高压电动机轴电流，其效果特别好，不但减少了生产安全隐患，降低了维修费用，而且提高了经济效益。

5.改进轴电流后的大中型电动机运行情况

电气专业人员一定要重点关注，产生轴电流诸多原因，如果发现了问题，一定要及时进行处理，避免发生事故，从而保障电动机装置能够稳定地进行生产。经过处理之后的电动机负荷侧转轴加电刷，在空载的情况下，试运行一小时，然后解体进行检查，发现一切正常。然后，在带负载的情况下运行4小时和10小时，然后在分别对轴承的温度进行测量，两种情况下温度都是40摄氏度。运用相同的处理方法来处理十台电动机，运行三年都没有出现任何异常，发现轴电流对轴承的危害被彻底避免了，同时增加了经济效益。

结语

综上所述，通过以上的分析，可以得到有很多原因可能导致轴电流的产生，轴电流产生以后，具有非常大的危害性。现阶段，在大中型电动机中，国内外使用的滑动轴承通常采用的都是N-END非负荷端，可以防止轴电流产生，其形式是增加周绝缘。经过现场的实践，通过上述处理的轴电流，已经非常小了，基本上可以忽略不计，基本上不会危害电动机。

参考文献

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