轴电流产生原因及防范措施

朱万明 何鸥 秦恒浩 陈税

摘 要：介绍某公司厂区环水泵驱动电机轴承报死的原因，分析轴电流的危害及对轴承破坏的外在表现，认为轴电流是导致其损坏的主因，结合实践经验，总结轴电流可能产生的原因及防范的措施，从而指导生产，提高设备运行稳定性。

关键词：驱动电机；轴承报死；轴电流

1 前言

2018年5月25日，某公司厂区车间环水泵正常运行中忽然停转，经解体检查分析发现事故原因为环水泵驱动电机（高压355KW）轴抱死触发了过流保护系统。轴电流烧蚀轴承而发生抱轴，电机轴承彻底报废。

电机带有载流导线和磁性回路结构，通常会导致轴的磁化或引起脉动磁通。脉动磁通在轴、轴承和机壳形成的回路中感生电压，称之为轴电压[1]；于是有轴电流流过回路，轴和滑动轴瓦表面、或滚动轴承和轴承套表面受到损坏，表象为摩擦和发热增加、滚动轴承的运转性能恶化等[2]。

轴电流的危害主要表现在以下几方面：

（1）在轴承外表面形成电腐蚀。

（2）使轴承内的润滑油电离，破坏油膜形成及稳定性，加快润滑油劣化，降低润滑性能及介电强度。

（3）电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行千把小时，严重的甚至只能运行几小时或更短的时间，给现场安全生产带来极大的影响。

2 轴电流对轴承损坏症状

轴承的损坏会使电机在运行时产生不正常的噪音，重则使得电机无法正常工作。其中轴承损坏主要由3种原因：（1）力学上的损坏：机械的振动；（2）热学上的损坏：过载增加的轴承温度，从而降低其机械寿命；（3）电学上的损坏：轴电流的放电加工使得轴承上产生凹坑降低使用寿命，此为轴承损坏最主要原因，具体表现如下。

2.1 烧熔滑动轴承低点合金

轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑或轴承内表面被压出条状电弧伤痕。

2.2 滚动轴承报死或散架

滚动体表面和轴承圈辊道表面因轴电流的烧蚀，轻者发热，温度异常，重者相互抱死或散架触发过流保护停机，甚至导致烧毁电机。

3 轴电流产生原因

正常情况下，转轴与轴承间有润滑油膜的存在，起到绝缘的作用。对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保护其绝缘性能，不会产生轴电流。当轴电压增加到一定数值时，尤其在电动机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，若不采取措施，轴电压将击穿油膜而放电，在转轴、轴承座和底板构成的回路中产生电流——轴电流[3，4]，从而发生各类安全事故。可见轴电压是内在因素，分析轴电流的产生关键为正确分析轴电压的产生原因。

3.1 轴的磁化

（1）电机中环绕轴的各种闭合回路。电刷刷架装置到集电环、电枢串联回路、换向极绕组、补偿绕组及各种连线，均有能使轴产生磁化的作用。若各类轴磁化的因素不加以抵消，就会产生轴磁化的现象。

（2）有的特种电机凸极转子每间隔一个磁极设置一个励磁线圈，这种励磁线圈产生的磁通不仅通过无励磁线圈相邻极，也可通过轴、机壳和定子铁心构成闭合磁回路，导致轴磁化。

（3）转子运转不同心。零部件制造精度、装配误差及其他各种因素，转子运转时和定子不完全同心，造成磁路不对称，同样会导致轴磁化[5]。

3.2 定子磁轭中由脉动磁通所感生的轴电压

（1）机座有接缝的电机。当一个有两个接缝机座和4级转子的电机运转时，其定子磁轭中的磁通总和不说任何时间均为零，其值是脉动的。这种脉动磁通在“轴-轴承-机壳”回路中感应电压。

（2）转子支撑偏心。转子支撑偏心也会产生脉动磁通，同样会在轴中感生交流电压。

（3）冲片叠装等因素。由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。

3.3 逆变供电

电动机采用逆变供电运行时由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。

3.4 静电感应

在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。

3.5 外部电源的介入

由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。

3.6 其他原因

静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。

4 轴电流的防范措施

针对以上分析轴电流的根本成因，一般可在现场采取如下防护措施。

4.1 轴端安装接地碳刷

对于没有绝缘隔离层的轴承在转轴上加装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位。以此消除轴电流。

4.2 改进电机与逆变器、电机与负载间的高频接地

电机外壳到逆变器外壳的连接应通过线缆的屏蔽层和内部的接地导线，电机的外壳到负载外壳应采用金属带。

4.3 加绝缘隔板

为防止磁不平衡等原因产生的轴电流，可在非轴伸端轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，切断轴电流的回路。

4.4 将轴承座対地絶縁

此为防止轴电流最常用和较简便有效的方法，轴承绝缘的绝缘电阻，按有关标准规定，若用500V兆欧表测量，数值不应低于0.5MΩ，工厂在实际生产中均应控制在1MΩ左右，可借用专门的线路来连续监测轴承的绝缘状态。

4.5 采用非磁性轴承座或附加垫圈

由单极效应引起的轴电流主要在轴承与轴颈组成的回路内流动，采用轴承座绝缘的方法不能阻止其产生。因此，一般避免产生轴向磁通的同时，还应采用非磁性轴承座或附加线圈来削弱轴向磁通。

4.6 加强绝缘防护

为了避免其他电动机附件导线绝缘破损造成的轴电流，应定期细致检查并加强导线或垫片绝缘，以消除不必要的轴电流隐患。

一般通过以上处理，大多数电动机的轴电流微乎其微，已对电动机构不成实质上的危害。此外，电机生产厂家在加工制造时应提高工艺技术，保证质量；设计和制造时，应保证磁路的对称性；尽量避免产生轴向磁通。

5 结语

本文针对轴电流导致的轴承报死开展相关研究，分析轴电流的危害、产生原因及防范措施。经大量工厂实践检验，本文所分析原因正确，为轴电流故障的解决提供系统思路，防范措施切实可行，可有效减少事故发生。

参考文献：

[1] 王峥.直流电动机的轴电流和轴承电流分析[J].上海大中型电机，2015（4）：15～16+28.

[2] 邰丽娟，赵勇.中大型增安型电动机防止轴电流产生的分析[J].防爆电机，2002（3）：23～24.

[3] 陈永刚.轴电流引起的电机轴承温度高及预防措施[J].甘肃冶金，2016（4）：102～103+107.

作者简介：

朱萬明，生于1987年，男，四川资阳人，学士，重钢西昌矿业电气工程师。研究方向：选矿电气设备技术指标的优化研究；选矿电气设备的选型设计和调试研究。