電機軸接地可提高逆變器供電電機的可靠性

為什么電機會出現(xiàn)故障？

雖然電機故障有許多不同的原因，但一次又一次的首要原因是軸承故障，工業(yè)電機通常會遇到各種環(huán)境因素，這些因素會對電機的壽命產(chǎn)生不利影響。雖然污染、水分、熱量或不正確的負載肯定會導(dǎo)致軸承過早失效，但另一種可能導(dǎo)致軸承失效的現(xiàn)象是共模電壓。

共模電壓

目前使用的大多數(shù)電機都以跨線電壓運行，這意味著它們直接連接到進入設(shè)施的三相電源（通過電機啟動器）。隨著應(yīng)用在過去幾十年中變得越來越復(fù)雜，由變頻驅(qū)動器驅(qū)動的電機變得越來越普遍。使用變頻驅(qū)動器驅(qū)動電機的好處是在應(yīng)用中提供速度控制，如風(fēng)扇、泵和輸送機，以及以最佳效率運行負載以節(jié)省能源。

然而，變頻驅(qū)動器的一個缺點是可能產(chǎn)生共模電壓，這可能是由于驅(qū)動器三相輸入電壓之間存在不平衡引起的。脈沖寬度調(diào)制（PWM）逆變器的高速切換可能會對電機繞組和軸承造成問題，使用逆變器抗尖峰絕緣系統(tǒng)可以很好地保護繞組，但當(dāng)轉(zhuǎn)子看到電壓尖峰累積時，電流會尋找到對地電阻最小的路徑：通過軸承。

由于電機軸承使用潤滑脂進行潤滑，潤滑脂中的油形成一層膜，起到電介質(zhì)的作用。隨著時間的推移，這種電介質(zhì)會分解，軸中電壓水平的增加，電流不平衡尋求通過軸承的阻力最小的路徑，這會導(dǎo)致軸承產(chǎn)生電弧，通常稱為EDM（電火花加工）。隨著時間的推移，這種持續(xù)的電弧發(fā)生，軸承座圈中的表面區(qū)域變得脆弱，軸承內(nèi)部的微小金屬片可能會斷裂。最終，這種損壞的材料在軸承球和軸承座圈之間運行，造成研磨效應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)霜或溝槽（并可能增加環(huán)境噪聲、振動和電機溫度）。隨著情況逐漸惡化，一些電機可以繼續(xù)運行，根據(jù)問題的嚴(yán)重程度，電機軸承的最終損壞可能不可避免，因為損壞已經(jīng)造成。

以預(yù)防為基礎(chǔ)

如何將電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去呢？最常見的解決方案是在電機軸的一端添加軸接地裝置，尤其是在共模電壓可能更普遍的應(yīng)用中。軸接地基本上是通過電機機架將電機旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子連接至接地的一種方式。與軸承更換相關(guān)的維護費用相比，在安裝前為電機添加軸接地裝置（或購買預(yù)裝電機）可能是一個很小的價格，更不用說設(shè)施停機的高成本。

當(dāng)今行業(yè)中，有幾種類型的軸接地裝置很常見，在支架上安裝碳刷仍然很流行，這些類似于典型的直流碳刷，其基本上在電機電路的旋轉(zhuǎn)和靜止部分之間提供電氣連接。市場上一種相對較新的設(shè)備是纖維刷式環(huán)形設(shè)備，這些裝置的工作方式與碳刷類似，通過在軸周圍的環(huán)內(nèi)布置多股導(dǎo)電纖維來實現(xiàn)。環(huán)的外側(cè)保持靜止，通常安裝在電機的端板上，而電刷則騎在電機軸的表面上，通過電刷轉(zhuǎn)移電流并安全接地。然而，對于較大的電機（100hp以上），無論使用哪種軸接地裝置，通常建議在安裝軸接地裝置的電機的另一端安裝絕緣軸承，以確保轉(zhuǎn)子中的所有電壓通過接地裝置放電。

結(jié)論

變頻驅(qū)動器在許多應(yīng)用中都可以節(jié)能，但如果沒有適當(dāng)?shù)慕拥?，可能會?dǎo)致電機過早故障。當(dāng)試圖降低變頻驅(qū)動器應(yīng)用中的共模電壓時應(yīng)考慮以下三點：1） 確保電機（和電機系統(tǒng)）正確接地。2）確定適當(dāng)?shù)妮d波頻率平衡，這將最大限度地降低噪聲水平和電壓不平衡。3） 如果認為有必要安裝軸接地裝置，請選擇最適合該應(yīng)用的接地裝置。

審核編輯：湯梓紅