电机轴电流的分析

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关键词:轴电流 炼测 措施 Abstract:It is easy for traction motor to induct the shaft current due to specialty of its power supply.The paper pre- sents how to diagnose the shaft current,describes the reason to induct shaft current and suggests the protective measures. Finally,two types of practical protective devices are introd- uced. Keywords:Shaft current Reasons to induct shaft current Protective measures
造成脉动磁通和产生轴电压。在另外一些情况下, 如由于绕组因匝间短路而出现不对称,电源电压 不对称、转子断条、非全相运行等故障均会造成气 隙空间谐波磁场分布的畸形,必然会在轴上产生 感应电势。 2.2 单极效应
由于电机中形成环绕轴的各种闭合回路,如 电刷装置的集电环、换向极绕组和补偿绕组连接 线,串激绕组连接线等,设计时应考虑让它们相互 抵消,如果设计不周,磁势不能相互抵消,就会产 生一个环轴的剩余磁势,使转轴磁化,并在电机旋 转时,在转轴两端产生一个感应电压,其原理和单 极发电机一样,故称单极电势。这种单极效应产生 的轴电压在恒定负载时,表现为直流分量,并随负 载电流而变化。 2.3 电容电流
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简化电动机的分级控制和提高效率与功率因数提 供了可行的方案。电容内补偿采用的绕组段曲折
显著效果。3V/D和36槽3Y/3Y联接双速电动机经 15kW以下电动机的试运行,其3V接线的力能指标
1 轴承室 2 轴承外圈 3 油膜 4 轴承内圈 5 转轴 6 转子
图2
《电机技术》2 0 0 5 年第 1 期 . 31 .
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3.2 轴电流的检测: (1)被试电动机在额定电压及额定转速下空
载运转,用内阻较高的交流毫伏表测量轴两端的 感应电势或用低电阻导线将电流表(量程6 0 A 以 上)连接于轴的两端,测量电流值。对于变速电动 机,应分别在最低和最高额定转速下进行。
联接和在相对滞后π/6角度的绕组段并联电容器, 使得各绕组近于对称的电流移相而克服电动机无 功功率大的缺陷。这种电容内补偿方法,在单速的 功率1 1 0 k W 以上的电动机上已试运行成功,并经 多台电动机试验,具有节约有功电量5%以上和无 功电量9 5 % 以上,直接起动电流降低5 0 % 以上的
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断分析尤其重要,它能发现电机存在的缺陷,诊断 电机出现的故障,并有助于监测电机铁心和绕组 的劣化过程。同时可以采取措施,避免轴电压产生 轴电流对轴承的损坏。
2 轴电压产生的原因
电机运行时,转轴两端和对地出现的电位差 —轴电压,是由下面几种原因造成的。 2.1 磁通脉动
参考文献 沈标正著.电机故障诊断技术.机械工业出版社,2001.
(收稿日期:2004-08-20)
1 转轴 2 前轴套 3 轴承 4 轴承室 5 绝缘层 6 端盖 7后轴套 图3
. 32 . 2 0 0 5 年第 1 期《电机技术》
作者简介:王 鑫 ,1977生,男,工程师,1999年毕 业于西南交通大学电力牵引与传动专业,现在永 济电机厂修配公司从事电机技术工作,主管电机 开发、在全国中文核心期刊发表过论文两篇。
在特殊的事故状态下,强大的轴电流在很短 时间内就会损坏轴承。据资料显示,几个钢厂的大 型直流轧钢电机在发生环火的极短过程中,轴电 流就会在转轴轴承位和轴承内圈的表面产生许多 电弧放电蚀点。这是由于环火时,直流电机磁场产 生很强的瞬变过程,电枢绕组和铁心之间出现巨 大的电容电流,使轴电流短时达到很大量值,所以 就会出现严重的损坏。因此,对轴电压的检测和诊
电机内磁路不对称或磁场畸变都会引起磁通 脉动。旋转的转轴切割这些脉动磁通,就会在两端 产生感应电压。
引起磁通脉动主要有以下几个因素: (1)整流、逆变电源输出电流中存在大量谐波 分量。这是产生脉动磁通的重要原因,有些直流电 机是由主发电机发出来的交流电经过整流供电, 交流电经过整流后并不完全是直流,它存在一个 脉动分量,脉流电机的电流中脉流分量占的比重 更大。变频调速电机是由逆变电源提供的近似正 弦波,谐波分量也占有相当大的成分。这些脉流、 谐波成份会在电机中产生脉动磁通。 (2 )磁路不对称产生磁通脉动。在转子旋转 时,由于磁阻随转子位置改变而不同,所以磁通总 量就会产生周期性的变化,即磁通是脉动的。下面 以一台4极同步发电机为例说明,定子具有两个接 缝面。如图1所示,当转子在位置a和位置b时,可以 清楚的看到,由于接缝处的磁阻很大,通过该处的 磁力线较少,当转子旋转在不同的角度时,整个定 子内的磁通是不同的,也就是说,磁通总量发生了 变化,造成磁通脉动。在这种情况下,轴上就会产 生感应电势,这种轴电压是交变的,其频率为磁通 脉动频率。 同样,转子支撑偏心,定转子气隙不均匀也会
(2)轴上安置电刷 它的原理是破环轴电流
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形成的第二个条件,消除轴承内外圈之间的电位 差。以日本Y A S K A W A 公司4 6 0 k W G B D R - K 直流 岸吊电机为例,它带有补偿绕组,转轴传动端与端 盖之间装有电刷,通过电刷将转轴和端盖连在一 起,消除转轴上的感应电势,从而消除轴承内外圈 之间的电位差。如图4所示,由于轴电压通常只有 8 V  ̄ 1 0 V ,轴电流通常很小,所以电刷的截面积不 需要很大。图4的电刷为10×10×20的铜刷,体积 小巧美观,铜比石墨硬得多,耐磨性强,不用经常 更换,所以无论从外观还是免维护、可靠性方面, 铜刷都比石墨电刷优越得多。在轴上安装铜刷,不 仅能消除轴电流,而且结构工艺简单,可靠性强, 是值得大力采用的一种方法。
1 轴电压的诊断意义
设计和运行正常的电机,运行时转轴两端只
会有很小的电位差,这种电位差是通常说的轴电 压。当电机的设计、调整存在问题,电机出现故障 时,电机往往出现较高的轴电压。换句话说,较高 的轴电压往往是和电机设计问题、制造缺陷和各 种故障及不正常的电源条件有关。
轴电压对电机的损坏是由于它产生轴电流造 成的,最显著的现象是在转轴轴承位和轴承内圈 表面由于电弧放电产生的小而深的圆形蚀点。当 电机运行时,由于轴电压逐渐升高,到达一定数值 后,将会击穿轴承内圈和外圈之间的油膜,轴电流 将会在转轴、轴承内圈、轴承外圈、轴承室构成的 回路内流过。轴电流不但破坏油膜的稳定,而且由 于放电在转轴和轴承内圈的表面,产生很多蚀点, 破坏了轴承与转轴的良好配合,破坏油膜形成条 件,从而使轴承无法工作。
接近于单速电动机,D形接线的运行性能良好。
参考资料
1 刘 涛,刘建平.异步电动机双绕组电容器内补偿的研究.电工技 术.2002.2.
2 刘建平等.双绕组电容内补偿电动机.中国专利局ZL01228605.2. 3 许实章.新型电动机绕组.机械工业出版社,2001.
(收稿日期:2003-11-25)
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在对电机修理过程中,我们发现轴承烧死是 牵引电机的常见故障之一,它不仅使电机无法运 行,而且严重损坏电机转轴的轴承位,致使转轴报 废。这些经过严格出厂试验的电机,当它的轴承振 动、噪音、温升都检测合格后,为什么轴承仍然会 烧死?运行一段时间的电机,为什么转轴轴承位经 常出现许多小而深的圆形蚀点,除了轴承本身质 量、轴承安装原因,还有一个重要的因素,那就是 轴电压的存在。
(1)绝缘轴承室 它的原理是破坏轴电流形 成的第一个条件,以西门子公司BE395BⅡ电铲车 上的异步电动机为例,如图3所示,轴承室是一个 带有绝缘层的钢套,它是在烘热端盖后,套在端盖 里。由于轴承室绝缘层的存在,使得轴电流无法流 入端盖构成一个回路,从而避免轴电流的产生。这 种结构的缺点是工艺复杂,成本较高。绝缘层的制 作需要到专业厂家涂镀,而且轴承室的绝缘层涂 镀以后,要经过加工才能达到精度要求,加工的过 程容易将绝缘层损坏,造成接地。
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电机轴电流的分析
王鑫
永济电机厂修配公司(044502)
Analysis on Shaft-current of the Motor Wang Xin
摘 要:牵引电机由于其电源的特殊性,在运行中容易 产生轴电流,文章对牵引轴电流诊断的意义、产生的原因、预 防措施做了分析,最后介绍了二种实用的防电流装置。
5 建议
1 轴承外盖 2 刷杆座 3 刷杆 4 铜刷 5 压指 6 刷盒 7 转轴 图4
由于牵引电机的电源是经过整流的直流电, 往往含有较多的谐波成份。特别是脉流电机,谐波 成份占有相当大的比重,附极与补偿绕组串联,绕 组的增多容易使磁路不对称产生轴电流。变频电 机则是由逆变器供电,逆变器提供的交流电含有 许多高频成份,随着电机功率的增大,高频成份会 在转轴中产生相当大的轴电流,从而损坏轴承。所 以,脉流电机、变频电机,大型直流电机采用防轴 电流装置是很有必要的。
转子绕组与铁心之间存在分布电容,在采用 静止电源供电时,电流的脉动分量就在转子绕组 和铁心之间产生电容电流,这样就会在轴和地之 间产生一个电位差。
3 轴电压、电流的检测
对于大型直流电机,脉流电机、变频调速电机
有必要对轴电压、轴电流进行测定:
3.1 轴电压的测定:轴电压一般不高,通常8 V  ̄
1 0 V ,测量时应选用1 0 V  ̄ 2 0 V 的高内阻交流电压
(2)在额定功率、额定电压及额定转速下,将 毫伏表连接到尽可能靠近轴承座两端的轴表面 上,检测由轴磁通而产生的局部电流。对变速电动 机,可仅在最高额定转速下进行。
4 轴电流的防止措施
轴电压对电机是没有损害的,只有形成轴电 流才会对轴承、转轴造成破坏,轴电流的形成需要 同时具备两个条件:一是轴承内圈与轴承外圈、轴 承室、机座形成一个闭合回路;二是轴承内圈和外 圈之间存在电位差,即轴电压。上述两个条件只要 一个条件不具备,就不会产生轴电流。通常采用两 种方法防止轴电流。
表,被试电机在额定电压下空载运行,如图2所示,
用电压表测定轴电压U1,然后将转轴一端与其轴 承座短接,测轴承对地的轴电压U2。测点表面与电 压表引线应接触良好。
当U 1 =U 2 当U1>1.1U2 当U 1 <U 2
说明油膜状态良好 说明油膜绝缘不良 说明测笔放错
(a)
(b)
Baidu Nhomakorabea
图 1 接缝面引起的磁通脉动
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