电机轴电流的产生及预防措施

低频轴电流

轴电流产生的原因是由于采用了变频技术，或者电机制造中产生的不对称，从而在电机转轴两端产生轴电流。这些轴电流往往频率不高，属于低频轴电流。一般而言，交流传动系统都会产生轴电流，但是大多数系统的轴电流幅值较小，没有达到危害程度。如果系统的轴电流较大，可能会损坏电机轴承，甚至齿轮箱轴承。因为滚动轴承的油膜一般比较薄，对轴电压比较敏感，轴电流流过滚动体与内外圈的细微接触点时，如果电压比较高，内外圈表面的接触面就会出现击穿的痕迹。一般要求滚动轴承的轴电压小于300mV。

高频轴电流

现代电机设计和制造工艺几乎已经消除了低频轴电流，但是现代交流传动系统由于采用PWM变频供电方式和使用IGBT等快速切换元件，所以在轴承上会产生高频电流脉冲。如果这些脉冲的能量足够高，就会损坏轴承，被损坏轴承的形状呈间断的烧伤条纹

典型三相正弦电源是平衡的，即三相的矢量和总是等于零。由于前述PWM电源存在谐波，所以PWM电源的三相输出电压的矢量和不为零，导致中性点的电压不等于零，这个电压可以定义为共模电压源。

任何时候，当两个导体通过绝缘体隔离开后就产生电容。例如，电缆的相线与PE线之间有PVC绝缘电容，所以电机绕组与外壳有镀层和片间绝缘有电容。电缆间电容，尤其是电机内部的电缆间电容非常小，小电容意味着对低频的高阻抗，可以阻止低频杂散电流。然而对于高频电流，即使电机内电容很小，也会产生一个低阻抗通道使电流可以通过。

每次三相逆变输出的一相由一种电压状态切换到另一种状态时，会产生一个正比于该电压的电流，通过输出电路所有元件的接地电容流向大地。电流通过接地导体和逆变器的杂散电容流回电源。由于系统不可避免地存在寄生电容，所以在较高的dv/dt下，高频电压会产生容性寄生电流。

高频轴电流有几种形式，有高频循环电流、轴对地电流、容性放电电流等。

低频轴电流的预防措施

一般来说, 防止低频轴电流产生的常规措施有如下几种:

(1) 增加接地碳刷, 使转轴接地;

(2) 使用绝缘轴承;

(3) 使用对称电缆;

(4) 增加补偿变压器;

(5) 增加绝缘板。

高频轴电流的预防措施

(1) 选择正确的电缆

;必须选用对称的多芯电缆，电缆的接地线(PE，保护接地)必须对称排列;

;电缆的屏蔽层选用铜编制带，因为铜的导电性能优越，屏蔽效果比较好;

;屏蔽层的总截面积应不小于相线的1/2;

;电缆头两端做360°的接头，并分别与变频柜和电机内接地端连接。

(2) 安装高频滤波器

只要变频器处的高频谐波存在，就会产生共模电流，所以如果能够对高频电流进行衰减，则可以在源头上抑制轴电流。在变频器的输出线上安装共模滤波器，具体措施为:在三相对称电缆的外面套上滤波器磁环，使高频电流在磁环中被吸收。由于高频电流会产生高频磁场，所以滤波器可以做成非接触式。

开关电源滤波器中的电容一般要求电感值比较小，这样谐振频率高，抑制高频电流的效果好。某线材厂主电机的变频柜内已经安装了共模滤波器，与安装前相比，在电机侧的高频电流值明显有所下降。

(3) 均衡接地电压

由于存在杂散电容，在同一根电缆的屏蔽层(都已接地)上两端(逆变器侧与电机侧)的地电压实际上并非完全一致，这样在电缆上存在压降，就会存在电流。所以，可以考虑均衡接地电压，降低电缆屏蔽层上的压降，从而降低轴电流。具体做法是在现场安装一个共用接地母排，然后将各电机接地端子与之相连接。由于变频柜内的接地线是引自系统总的接地装置，从而将电机与逆变器的接地电压均衡，降低电压降。另外，可以考虑降低电机电缆屏蔽线的接地电阻，使该电缆上部分电流在通过电机轴承之前直接接地，分流流经轴承的电流。