分析 | 变频电机中的轴电流问题

适用于通用传动系统的普通笼型异步电动机,也适用于在变频调速系统上使用。因此由变频器供电的笼型变频异步电动机,其结构设计参数(机座号和尺寸均可参照通用的笼型异步电动机,但要注意的是由于变频电机在各种不同的频率下运行,所以在设计制造笼型变频异步电动机时要注意这一因素对电机运行产生的各种不良影响,其中一个最主要的影响是变频电机运行时,轴电流对电机轴承影响,现九星小编从以下几个方面阐述变频电机轴电流对电机轴承的影响以及防范措施。

1、轴承电流的种类及产生的原因

低频轴承电流

电动机磁路不对称会产生低频轴电流,这种现象在容量大于400KW的电动机中常见,这是因为,不对称的磁路会在磁轭中产生环形交流磁通(环状磁通)从而在图1所示的由电动机转轴、轴承、端盖和电动机定子机座组成的导电性回路中产生交流感应电压,当此感应电压破坏了轴承润滑剂的绝缘能力后,电流就会流过包括电动机前后轴承在内的这个回路。

2、高频轴电流

高频轴电流产生的原因:工频三相正弦电源电压是平衡对称的,因此,其中性点电压为零,可是变频器的输出电压是通过 PWM脉宽调制产生的,既通过逆变器将直流电压转变成三相正弦交流电压(原理见下图)

虽然其基频分量是对称平衡的,但由于在逆变单元中二极管的开断不可能绝对同步,故可产生不对称的高次谐波,导致零序电压分量增大,即中性点电压不为零。标准中将此零序电压定义为共模电压,此电压可以在负载电动机绕组中的中性点处测得,其频率与逆变单元中二极管的开断频率相同,其幅值与直流母线电压成正比。标准规定由共模电压产生的轴电流叫高频轴电流。

高频轴电流的种类:

1、在共模电压作用下,由沿定子轭循环的高频磁通产生高频感应电压,当此感应电压高到够破坏轴承润滑剂的绝缘时,所产生的沿轴承、轴和定子机座连成的回路中流动的循环电流。

2、在共模电压作用下,在电动机机座和变频器机架之间会出现超过100V的电压降,泄漏到定子机座中的电流通过金属联轴器与从动机械设备回流到变频器中,所形成的轴接地电流。

3、在高频共模电压作用下,电动机内的各种杂散电容形成的阻抗变小,从而为电流流通提供低阻抗路径,故当电机内部的电容放电时,就会产生高频的轴承电流。该电流通过变频器的接地导体和电容返回电源。

轴电流的危害

流入轴承中的电流变化快,其变化速率取决于轴承的工艺,当轴承的滚珠被润滑剂完全浸没不导电时,此时存在的轴承电容处于静电充电状态,如果静电充电的电压超出轴承润滑剂的绝缘性能,就将破坏轴承润滑剂形成的油膜,此外电动机磁路不对称产生的感应电压也能破坏轴承润滑剂的绝缘性能进而形成较大的轴承电流,当轴承电流的密度超过1.5A/mm后,轴电流局部放电能量释放产生的高温,可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多 微小区域,并形成凹槽,从而产生噪声、振动,若不能及时发现处理将导致轴承失效,对生产带来极大影响

轴承电流损伤的预防方法

采用绝缘轴承。

电绝缘轴承可以通过将绝缘性能集成到轴承中,从根本上消除电蚀,从而提高可靠性和增加机器正常运行时间。

电绝缘轴承通常具有带氧化铝涂层的外圈外径面和端面。带涂层内圈内孔和端面的绝缘轴承, 由于内圈的涂层表面积比外圈较小,这些轴承可提供增强的保护防止高频电流。

绝缘轴承采用特种喷涂工艺,在轴承的外表面喷镀优质覆膜,覆膜与基体结合力强,绝缘性能好,可避免感应电流对轴承的电蚀作用,防止电流对润滑脂和滚动体、滚道造成的损坏,提高轴承的使用寿命。适用于电机、发电机,特别是变频电机应用更广泛。

来源 | 今日电机

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