电机轴电流的分析

电机轴电流的分析电 机 轴 电 流 的 分 析轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性， 根据现场实际运 行情况，分析其产生的原因，采取装设转轴接地碳刷、加强非轴伸端轴承座与支 架的绝缘等有效措施，从而从根本上解决轴电流危害的问题。

1 轴电流的危害 在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存 在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。

轻微的可运行上千小时，严重 的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。

同时由于轴承损坏及 更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。

2 轴电压和轴电流的产生 (1) 磁不平衡产生轴电压 电动机由于扇形冲片、 硅钢片等叠装因素， 再加上铁芯槽、 通风孔等的存在， 造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴 的两端感应出轴电压。

(2) 逆变供电产生轴电压 电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压 脉冲分量的作用下，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 在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的 两端感应出轴电压。

(4) 外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、 测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。

(5) 其他原因 如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。

轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。

3 轴电流对轴承的破坏 正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。

对于较低 的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。

但是当轴电压 增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴 电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过， 由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局 部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小 凹坑。

一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状 是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。

4 轴电流的防范 针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施： (1) 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与 转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。

(2) 为防止磁不平衡等原因产生轴电流，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处 加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。

对电动机轴电流的分析及防范通常在大型电机中特别是采用扇形冲片迭制铁心的电机, 如果磁场不对称等易产生轴电流。

近年来采用变频调速驱动装置的电机也出现不容忽视的轴电流 , 导致电机的轴承过早损坏, 直接影响和降低了电动机运行的可靠寿命, 引起电机用户和电机维修厂商的关注。

炼铁厂一台新电机为湘潭电机厂生产，型号为 YKK450－ 4，额定容量为 56 0 kW，额定电压 6 kV，额定转速 1 490 r/min，额定电流 66.5 A， F 级绝缘，其电机轴承为滚动轴承，装在某炉的二次风机上。

2002 年 8 月 24 曰首次投运后，安自电机驱动端轴承温度出现异常，至 9 月 1 曰，温度达到 86 ℃，电机 6 个测温点报警，同时驱动端振动增大，用远红外测温装置测量电机本体温度为 60 ℃，国产黄油润滑脂大量以液体形式流出。

因特殊原因，当时该炉不能停运，故只能采取紧急措施，用轴流风机对电机通风降温，电机驱动端轴承温度有所下降。

2002 年 9 月 9 曰，停炉后对电机进行解体检查，发现转子驱动端 NU228E、 6228E 2 套轴承严重过热、变黑，轴承及轴承盒内已无润滑油脂，轴承盒内套磨出 0.5 mm 左右的沟槽，轴承盒外盖止口磨掉 1 mm 左右，轴承盒内分布着大量黑色铁末；同时，轴承内套轨道存在大量麻坑，电机本体内外存有大量溢出的黄油，非驱动端 NU228E 轴承内套轨道上磨出多道划痕。

电机轴承小盖及轴承盒磨损严重。

由于电机有振动现象，轴承小盖及轴承盒磨损也非常严重，当时检修人员认为是转子轴承机械配合不好。

检修中更换了转子驱动端 NU228E、 6228E 2 套轴承，非驱动端 NU228 轴承；更换了与轴承配套的耐高温润滑脂，重新制作了轴承盒并加装新内套。

检查电机通风道未发现问题。

检修完毕，电机通电运行 30 min 后，发现驱动端轴承温度已达 86 ℃，决定立即停运。

解体后发现轴承内套轨道有大量麻点，已不能使用。

从2 次损坏的轴承内套看，其轨道上都存在大量麻点。

仔细观察，发现这些麻点都是由放电产生。

引起放电的原因是电机转子存在较大轴电压，在此电压下电机产生严重的轴电流，电流通过转子和轴承时发生放电现象，使轴承内套产生麻点。

麻点又使轴承与转子间的摩擦阻力加大，轴承温度迅速上升。

在电机首次投运后，曾出现轴承温度异常现象，此温度异常与轴电流引起的麻点有关，温度升高造成了轴承盒与轴承外套配合出现问题，引起轴承与轴承外套相对运动并磨损轴承盒外盖和内套；同时也使得轴承温度继续升高，黄油受热熔化溢出。

由于磨损严重，电机驱动端轴承出现位移，造成转子驱动端与非驱动端不同心，轴承径向受力不均，致使轴承滚柱与内套磨出划痕。

在第一次检修时，由于轴承小盖及轴承盒磨损非常严重，机振动明显，械划伤的痕迹掩盖了大部分放电麻点，电机再加上轴电流在电机轴承上引起的烧损事故较少，从而使检修人员忽略了轴电流的存在。

有时轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故不会引起人们的注意。

在发生轴承烧损事故时，往往只注意从机械配合方面考虑。

更换新轴承后，因为电机的轴电流并没有消除，又引起轴承烧损事故，造成不必要的损失。

使用滚动轴承的大、中型电机，一旦发生轴承损坏事故，在检修中要特别注意检查轴承表面痕迹。

凡是轴电流引起的烧伤，在拆出轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。

同时其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。

同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。

造成搓板样的烧痕是由于滚柱或滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。

线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。

当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮。

轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性，根据现场实际运行情况，分析其产生的原因，采取装设转轴接地碳刷、加强非轴伸架的绝缘等有效措施，从而从根本上解决轴电流危害的问题.1 轴电流的危害在电动机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。

轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。

同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。

2 轴电压和轴电流的产生轴电压是电动机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压，其产生原因一般有以下几种： (1) 磁不平衡产生轴电压电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。

(2) 逆变供电产生轴电压电动机采用逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，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运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。

(4) 外部电源的介入产生轴电压由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。

(5) 其他原因如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。

轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。

3 轴电流对轴承的破坏正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。

对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。

但是当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将击穿油膜而放电，成回路，电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，构轴由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑。

一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。

4 轴电流的防范针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施： (1) 在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，证转轴电位为零电位。

型厂型号为 Z560-3B，定容量为 1050 保大额KW,额定电压 660V，额定电流为 1690A，电枢电压 660/660，电枢电流 25/27，励磁电流 A27.5/15，转速 740/1110，轴承型号为驱动端 NU3240 6044 非驱动端 NU240,回厂检修发现轴电流后，就是使用上述方法，以此消除轴电流 (2) 为防止磁不平衡等原因产生轴电流，承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。

当电机出现轴电流后，必须采取措施将其消除。

具体方法如下；用车床将原轴承套外径车深 6～ 8 mm，并在轴承套上滚花。

轴承套凸缘部分车薄 2 mm。

然后用无纬玻璃丝带或 “H－ 4”胶浸玻璃丝带包轴承套的外圆，做出的外径尺寸比原外径尺寸大 2～ 3 mm。

将其放在 130±5 ℃烘炉内烘 24 h，再用车床将轴承外套往往在非轴伸端的轴承座和轴及其上形成的玻璃钢车至原轴承套尺寸；用 2 mm 的环氧玻璃布板制成垫圈，其内圆等于轴承套外径，外圆比轴承套最大外圆大 2 mm，将其套在轴承套的凸缘上；同时将固定轴承套的螺杆加上绝缘套和绝缘垫圈。

最后，将轴承安装在电机上，就把轴电流与电机端盖的回路完全隔断了。

如果不用 “H－ 4”胶涂敷，也可采用 6101 环氧树脂 100 份、二酊脂 15 份、乙二胺6～ 8 份、石英粉 50 份的配方配制环氧胶。

将环氧胶和玻璃丝带一层一层涂抹在轴承外套上，起到绝缘作用，注意留出车床加工余量，等其固化后再车成所需配合的尺寸。