电机轴电流产生的原因及防止措施
惠萍
【摘要】大电机产生轴电压是不可避免的，我们必须采取切实可行的措施防止轴电流的形成，最大程度地降低轴电流对设备的损伤。
【关键词】轴电流；破坏；防范
1. 引言
电机在运行过程中，有时在转轴两端会出现电位差——轴电压。当轴电压超过一定数值时，若不采取措施，就会使轴承中的油膜击穿，在轴承、轴承座和底板构成的回路中产生电流，称为轴电流。轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性，它会破坏油膜稳定和润滑油的物理化学性能，并在轴颈和轴瓦上引起电弧放电的麻点，导致轴瓦温度升高，影响电机正常运行，严重时，还会造成停机事故。对于大型电机，特别是大型可控硅供电的直流电机，由于轴电压常可达到相当大的数值，因此如何防止轴电流极为重要。
2. 轴电流的危害
电机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。
3. 轴电压和轴电流产生的原因
3.1磁路不平衡产生轴电压。
造成磁路不平衡的原因很多，例如：定子铁芯接合处的缝隙、电机由于电枢冲片、定子冲片叠装等因素，再加上铁芯槽、通风孔及转子偏心等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且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。
3.2电枢磁路不均匀，当电枢磁路不均匀，在电枢转动时，由于磁阻变化，磁通产生脉振，这脉动部分磁通切割转轴，在轴的两端产生轴电势。
3.3单极效应，由于补偿绕组或换向极绕组接线不当等原因，电机存在一环轴剩余磁势。当电枢旋转时，两轴端也会产生感应电压。
3.4电容电流，直流电机电枢绕组与电枢铁心之间存在分布电容，在采用可控硅整流电源后，电流中的脉动分量就要在电枢绕组和电枢铁心间产生电容电流，这样就使轴与地之间，产生一个电位差。
3.5逆变供电产生轴电压。
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。
3.6静电感应产生轴电压。
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。
3.7外部电源的介入产生轴电压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。
3.8其他原因。
如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。
4. 轴电流对轴承的破坏
4.1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。但是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，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，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。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。
4.2凡是轴电流引起的烧伤，在拆出轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。造成搓板样的烧痕是由于滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮。
5. 轴电流的防范
针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施：
5.1在电机设计和制造时，应尽量避免磁路不平衡。冲片叠装应尽量均匀，此外，要避免转子偏心，直流电机和同步电机中各磁极下的气隙也应尽量相同。
5.2在电机设计、制造和运行时，应尽量避免产生轴向磁通。具体措施是使直流电机的补偿绕组、换向极绕组和励磁绕组的各连接线的各自的电流大小相等、方向相反、匝数和长度相等，因而，极间连接线所产生的磁势互相抵消，环轴电势为零，将不产生轴向磁通。
5.3在轴上安装接地碳刷。使轴电流尽可能通过碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流，减少对轴承的危害。
5.4为防止磁不平衡等原因产生轴电流，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。
6. 结论
大电机产生轴电压是不可避免的，由轴电压形成的轴电流对设备的危害是严重的，我们必须采取切实可行的措施防止轴电流的形成，最大程度地降低轴电流对设备的损伤。
[文章编号]1619-2737（2014）03-29-685
【摘要】大电机产生轴电压是不可避免的，我们必须采取切实可行的措施防止轴电流的形成，最大程度地降低轴电流对设备的损伤。
【关键词】轴电流；破坏；防范
1. 引言
电机在运行过程中，有时在转轴两端会出现电位差——轴电压。当轴电压超过一定数值时，若不采取措施，就会使轴承中的油膜击穿，在轴承、轴承座和底板构成的回路中产生电流，称为轴电流。轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性，它会破坏油膜稳定和润滑油的物理化学性能，并在轴颈和轴瓦上引起电弧放电的麻点，导致轴瓦温度升高，影响电机正常运行，严重时，还会造成停机事故。对于大型电机，特别是大型可控硅供电的直流电机，由于轴电压常可达到相当大的数值，因此如何防止轴电流极为重要。
2. 轴电流的危害
电机运行过程中，如果在两轴承端或电机转轴与轴承间有轴电流的存在，那么对于电机轴承的使用寿命将会大大缩短。轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计。
3. 轴电压和轴电流产生的原因
3.1磁路不平衡产生轴电压。
造成磁路不平衡的原因很多，例如：定子铁芯接合处的缝隙、电机由于电枢冲片、定子冲片叠装等因素，再加上铁芯槽、通风孔及转子偏心等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且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。
3.2电枢磁路不均匀，当电枢磁路不均匀，在电枢转动时，由于磁阻变化，磁通产生脉振，这脉动部分磁通切割转轴，在轴的两端产生轴电势。
3.3单极效应，由于补偿绕组或换向极绕组接线不当等原因，电机存在一环轴剩余磁势。当电枢旋转时，两轴端也会产生感应电压。
3.4电容电流，直流电机电枢绕组与电枢铁心之间存在分布电容，在采用可控硅整流电源后，电流中的脉动分量就要在电枢绕组和电枢铁心间产生电容电流，这样就使轴与地之间，产生一个电位差。
3.5逆变供电产生轴电压。
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。
3.6静电感应产生轴电压。
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。
3.7外部电源的介入产生轴电压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。
3.8其他原因。
如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。
4. 轴电流对轴承的破坏
4.1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。但是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，轴电压将击穿油膜而放电，构成回路，轴电流将从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，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。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴承内表面被压出条状电弧伤痕。
4.2凡是轴电流引起的烧伤，在拆出轴承检查时会发现轴承内外圈跑道上有像搓板样的条形烧伤痕迹，这是轴电流对滚动轴承破坏的共同特征。同时其表面还伴有麻点、伤痕，有的甚至还有裂纹出现。同时，电机轴承温度上升很快，并伴有润滑油脂流出。造成搓板样的烧痕是由于滚珠在轴承圈的跑道上滚动和辗压跑道时，在辗压接触地方，接触电阻很小，并将润滑脂挤向两侧，当滚动体将要离开原位置时，产生小间隙，这时会有放电现象产生，类似于电火花作用和影响，将跑道表面烧成线条状痕迹。线条的个数与轴电流频率、电机转速和轴承内状况有关。当后来的滚动体继续向前转动时，因辗压使烧痕压平、压光，所以跑道表面会出现光亮。
5. 轴电流的防范
针对轴电流形成的根本原因，一般在现场采用如下防范措施：
5.1在电机设计和制造时，应尽量避免磁路不平衡。冲片叠装应尽量均匀，此外，要避免转子偏心，直流电机和同步电机中各磁极下的气隙也应尽量相同。
5.2在电机设计、制造和运行时，应尽量避免产生轴向磁通。具体措施是使直流电机的补偿绕组、换向极绕组和励磁绕组的各连接线的各自的电流大小相等、方向相反、匝数和长度相等，因而，极间连接线所产生的磁势互相抵消，环轴电势为零，将不产生轴向磁通。
5.3在轴上安装接地碳刷。使轴电流尽可能通过碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流，减少对轴承的危害。
5.4为防止磁不平衡等原因产生轴电流，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。
6. 结论
大电机产生轴电压是不可避免的，由轴电压形成的轴电流对设备的危害是严重的，我们必须采取切实可行的措施防止轴电流的形成，最大程度地降低轴电流对设备的损伤。
[文章编号]1619-2737（2014）03-29-685
