知識 | 電動機軸承電流防止方法

來源 | 電工電氣學習

依照圖所標出的接地點，它們之間的阻抗在實際上是不能忽略的。如果共模電流從電動機機殼返回逆變器路徑上的阻抗與通過軸承達到負載然后再返回逆變器時的路徑阻抗相同時，這就意味著兩條路徑所分得的共模電流大小相等。所以為電動機機殼與逆變器之間提供一個低阻抗的共模電流通道，能夠很有效地減小流過軸承的電流，這就是為什么要求變頻器與電動機之間要采用低阻抗屏蔽電纜的重要原因。

研究表明，在眾多低阻抗屏蔽電纜中，連續(xù)螺紋狀鋁制電纜有最優(yōu)異的表現．因為鋁擁有較低的電阻和電感，所以這種電纜的高頻阻抗較小。

1?改進電動機與變頻器、電動機與負載之間的高頻接地

潛在最大的軸承電流分量就是從定子繞組流出通過軸承和連軸器到達負載的共模電流（見圖1）。創(chuàng)造一個從電動機的外殼到變頻器外殼到負載外殼的低阻抗連接能夠最有效地降低這種電流。

電動機外殼到逆變器外殼的連接應該通過電纜的屏蔽層和內部的接地導線（如3+3結構的3根接地線）；而電動機的外殼到負載的外殼一般采用金屬帶。

圖1?共模軸電流

2?負載與電動機間的連軸器的絕緣隔離

路徑2和路徑3都通過轉子軸和連軸器流到負載，這個電流可以通過采用絕緣的連軸器加以消除，從圖2可以看出，雖然消除了流過負載軸承的電流，但是流過電動機軸承的電流卻增加了，此時電動機的軸承成為耦合到轉子的電流返回逆變器的唯一途徑。

圖2?用絕緣連軸器消除軸延伸電流

3?在沒有絕緣隔離層的軸承轉軸上加裝接地電刷

接地電刷可以提供一條軸電流返回逆變器的路徑，從而將電流從軸承中引出（見圖3），因為對軸延伸電流而言電刷比軸承提供了一個阻抗更小的路徑。但是，接地電刷不能完全消除流經連軸器、負載軸承的電流，特別是負載外殼至逆變器外殼之間的高頻阻抗較小的時候。

圖3?電動機驅動端的接地電刷

4?電動機一端的軸承加裝絕緣墊片

電動機一端的軸承如果采用絕緣隔離，則從轉軸流到地的電流和軸承之間的環(huán)流也就被阻斷了。通常絕緣墊片安裝在沒有接地電刷的那個軸承上。而將絕緣墊片安裝在有接地電刷的軸承上是不對的，因為這樣會加強流過另一端的軸承的電流。

與上述方法類似的是采用絕緣軸承。目前國外的高壓電動機，無論是滾動軸承還是滑動軸承，無一例外地采用軸承絕緣措施。如采用噴涂Al2O3涂層，或在非軸伸端軸承座內嵌入3mm厚玻璃纖維層壓板等。

5?同時安裝接地電刷與絕緣墊片

接地電刷在通常情況下都是和絕緣墊片一起使用的。非驅動端安裝絕緣墊片而驅動端安裝接地電刷的示意圖如圖4所示。在這種情況下耦合到轉子的電流還是存在的，它沿著轉軸流入負載。

圖4?非驅動端安裝絕緣墊片驅動端安裝接地電刷

不論怎樣，電動機與逆變器、電動機與負載的良好接地仍然是必須的。特別需要注意的是在驅動端安裝了接地電刷后，不能在非驅動端再安裝接地電刷，因為安裝后將給環(huán)流提供一個低阻抗的通路，將使驅動端的接地電刷形同虛設。

在實際應用中，對于大型交流電動機和中小電動機所采用的方案是不一樣的，對于大型電動機，在驅動端和非驅動端都要安裝軸承絕緣墊片，而且在驅動端安裝接地電刷；對于中小型交流電動機，可以在一端安裝軸承絕緣墊片而在另一端安裝接地電刷。

6?通過改進系統(tǒng)設計來防治軸承電流

系統(tǒng)設計上的適當改進能夠減少軸承電流，這種改進包括逆變器和電動機兩方面。

(1)采用隨機空間向量技術。通過隨機的空間向量技術去控制共模電壓變化的振幅和數量。這種方法不用添加任何硬件，但該方法最多只能降低50%的共模電壓。

(2)采用共模電抗器。這是用得較多的方法，在電動機的每一相中增加一個共模電抗器，從而達到無源低通濾波的效果。但是這種方法僅可以少量地減少共模電壓。

(3)采用新型的逆變器拓撲結構。