电机轴接地可提高逆变器供电电机的可靠性

为什么电机会出现故障？

虽然电机故障有许多不同的原因，但一次又一次的首要原因是轴承故障，工业电机通常会遇到各种环境因素，这些因素会对电机的寿命产生不利影响。虽然污染、水分、热量或不正确的负载肯定会导致轴承过早失效，但另一种可能导致轴承失效的现象是共模电压。

共模电压

目前使用的大多数电机都以跨线电压运行，这意味着它们直接连接到进入设施的三相电源（通过电机启动器）。随着应用在过去几十年中变得越来越复杂，由变频驱动器驱动的电机变得越来越普遍。使用变频驱动器驱动电机的好处是在应用中提供速度控制，如风扇、泵和输送机，以及以最佳效率运行负载以节省能源。

然而，变频驱动器的一个缺点是可能产生共模电压，这可能是由于驱动器三相输入电压之间存在不平衡引起的。脉冲宽度调制（PWM）逆变器的高速切换可能会对电机绕组和轴承造成问题，使用逆变器抗尖峰绝缘系统可以很好地保护绕组，但当转子看到电压尖峰累积时，电流会寻找到对地电阻最小的路径：通过轴承。

由于电机轴承使用润滑脂进行润滑，润滑脂中的油形成一层膜，起到电介质的作用。随着时间的推移，这种电介质会分解，轴中电压水平的增加，电流不平衡寻求通过轴承的阻力最小的路径，这会导致轴承产生电弧，通常称为EDM（电火花加工）。随着时间的推移，这种持续的电弧发生，轴承座圈中的表面区域变得脆弱，轴承内部的微小金属片可能会断裂。最终，这种损坏的材料在轴承球和轴承座圈之间运行，造成研磨效应，从而导致结霜或沟槽（并可能增加环境噪声、振动和电机温度）。随着情况逐渐恶化，一些电机可以继续运行，根据问题的严重程度，电机轴承的最终损坏可能不可避免，因为损坏已经造成。

以预防为基础

如何将电流从轴承上转移出去呢？最常见的解决方案是在电机轴的一端添加轴接地装置，尤其是在共模电压可能更普遍的应用中。轴接地基本上是通过电机机架将电机旋转转子连接至接地的一种方式。与轴承更换相关的维护费用相比，在安装前为电机添加轴接地装置（或购买预装电机）可能是一个很小的价格，更不用说设施停机的高成本。

当今行业中，有几种类型的轴接地装置很常见，在支架上安装碳刷仍然很流行，这些类似于典型的直流碳刷，其基本上在电机电路的旋转和静止部分之间提供电气连接。市场上一种相对较新的设备是纤维刷式环形设备，这些装置的工作方式与碳刷类似，通过在轴周围的环内布置多股导电纤维来实现。环的外侧保持静止，通常安装在电机的端板上，而电刷则骑在电机轴的表面上，通过电刷转移电流并安全接地。然而，对于较大的电机（100hp以上），无论使用哪种轴接地装置，通常建议在安装轴接地装置的电机的另一端安装绝缘轴承，以确保转子中的所有电压通过接地装置放电。

结论

变频驱动器在许多应用中都可以节能，但如果没有适当的接地，可能会导致电机过早故障。当试图降低变频驱动器应用中的共模电压时应考虑以下三点：1） 确保电机（和电机系统）正确接地。2）确定适当的载波频率平衡，这将最大限度地降低噪声水平和电压不平衡。3） 如果认为有必要安装轴接地装置，请选择最适合该应用的接地装置。

审核编辑：汤梓红