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绝缘轴承与轴电流


设计大功率电机时轴电流是十分让人头疼的问题,特别是变频器供电应用场合,必须采取可靠措施防止轴电流。MS.参曾亲眼目睹不少试验时轴电流导致电机轴伸损伤的案例,轴伸表面布满了电腐蚀斑纹,后来反反复复尝试了好几种泄流和扼流方案才勉强得以解决。
但是,客户使用电机时,一般没有防护轴电流的意识,即使有,也不会像电机生产厂那么专业。因此,很有必要从根本上消除电机的轴电流,避免正常使用工况下因轴电流损伤轴承进而引发更严重的机械故障。
从根本上消除电机的轴电流有哪些办法呢?一是增加泄流装置,即加装旁路电刷,轴电流绕过轴承泄掉;二是采用绝缘轴承,阻断轴电流通过轴承的路径。今天MS.参以探讨轴电流产生机理开始,论证轴电流防护的必要性及绝缘轴承阻断轴电流原理,加装旁路电刷这一专题留待以后讨论。
电机运行时,转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压。若轴两端通过电机机座等构成回路,则在轴电压的作用下产生轴电流。
具体点讲,轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生,因正常情况下轴电压较低,轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用而扼制轴电流产生;但当轴电压较高,或电机起动瞬间油膜未稳定形成时,轴电压将使润滑油膜放电击穿形成通路产生轴电流。
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。变频调速系统中高频轴电流对轴承的电蚀最显著的特征是在电机轴承内外圈、滚珠上产生“搓板”式密密的凹槽条纹。为了阻断轴电流通路,电机至少有一端要用电绝缘轴承。
绝缘轴承简单介绍
绝缘轴承最主要的一个特征就是在表面有一个很薄(um级别)的涂层,它担负着电绝缘功能,能抵抗超过500V电压下产生的电跳火,更厚的涂层能抵抗1000V的高压放电,因而可以有效避免主轴和轴承上因感应电流导致的跳火可导致轴承表面腐蚀、金属表面形成缩孔以及轴承滚动轨道上形成凹槽等缺陷。
这里,MS.参特别提示:高频率时,感应轴电流会很大,如果不用电绝缘轴承,流过轴承形成的环流极易导致轴承发热或发生严重的电腐蚀而损坏。
内圈或外圈加涂层
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。
该工艺不断被改进,绝缘轴承中,在外圈或内圈表面有一层100μm厚的涂层,可承受1000 V DC的电压。 特殊的喷涂工艺可形成一层厚度均匀、粘附力极强均匀的涂层,再经过进一步处理,使其能不受湿气和湿度的影响。
电绝缘轴承可避免电腐蚀所造成的损害,因此与普通的轴承相比应用在电机中可保障运行更可靠。而比起其它绝缘方法,如轴或外壳绝缘等,更加符合成本效益和可靠。
陶瓷滚动体
该类轴承采用Si3N4材料的陶瓷滚动体(球或滚子);具有优良的绝缘性能,其电容容性基本为40pf,绝缘性能优于带涂层的轴承。
高温条件下其直流阻抗也可达到G欧姆范围,绝缘性能良好;陶瓷滚动体具有优良的耐磨性能,对润滑的要求低,特别适用于高速,低摩擦以及低温运行的场合;干摩擦条件下运行状况良好;对于小尺寸的滚动轴承,采用陶瓷滚动体绝缘轴承具有良好的经济性能。
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