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絕緣軸承與軸電流


  設計大功率電機時軸電流是十分讓人頭疼的問題,特別是變頻器供電應用場合,必須采取可靠措施防止軸電流。MS.參曾親眼目睹不少試驗時軸電流導致電機軸伸損傷的案例,軸伸表面布滿了電腐蝕斑紋,后來反反復復嘗試了好幾種泄流和扼流方案才勉強得以解決。


  但是,客戶使用電機時,一般沒有防護軸電流的意識,即使有,也不會像電機生產廠那么專業。因此,很有必要從根本上消除電機的軸電流,避免正常使用工況下因軸電流損傷軸承進而引發更嚴重的機械故障。

  從根本上消除電機的軸電流有哪些辦法呢?一是增加泄流裝置,即加裝旁路電刷,軸電流繞過軸承泄掉;二是采用絕緣軸承,阻斷軸電流通過軸承的路徑。今天MS.參以探討軸電流產生機理開始,論證軸電流防護的必要性及絕緣軸承阻斷軸電流原理,加裝旁路電刷這一專題留待以后討論。

  電機運行時,轉軸兩端之間或軸與軸承之間產生的電位差叫做軸電壓。若軸兩端通過電機機座等構成回路,則在軸電壓的作用下產生軸電流。

  具體點講,軸電流是軸電壓通過電機軸、軸承、定子機座或輔助裝置構成閉合回路產生,因正常情況下軸電壓較低,軸承內的潤滑油膜能起到絕緣作用而扼制軸電流產生;但當軸電壓較高,或電機起動瞬間油膜未穩定形成時,軸電壓將使潤滑油膜放電擊穿形成通路產生軸電流。

  軸電流局部放電能量釋放產生的高溫,可以融化軸承內圈、外圈或滾珠上許多微小區域,并形成凹槽,從而產生噪聲、振動,若不能及時發現處理將導致軸承失效,對生產帶來極大影響。變頻調速系統中高頻軸電流對軸承的電蝕最顯著的特征是在電機軸承內外圈、滾珠上產生“搓板”式密密的凹槽條紋。為了阻斷軸電流通路,電機至少有一端要用電絕緣軸承。

絕緣軸承簡單介紹
  絕緣軸承最主要的一個特征就是在表面有一個很?。╱m級別)的涂層,它擔負著電絕緣功能,能抵抗超過500V電壓下產生的電跳火,更厚的涂層能抵抗1000V的高壓放電,因而可以有效避免主軸和軸承上因感應電流導致的跳火可導致軸承表面腐蝕、金屬表面形成縮孔以及軸承滾動軌道上形成凹槽等缺陷。

  這里,MS.參特別提示:高頻率時,感應軸電流會很大,如果不用電絕緣軸承,流過軸承形成的環流極易導致軸承發熱或發生嚴重的電腐蝕而損壞。
內圈或外圈加涂層
  絕緣軸承采用特種噴涂工藝,在軸承的外表面噴鍍優質覆膜,覆膜與基體結合力強,絕緣性能好,可避免感應電流對軸承的電蝕作用,防止電流對潤滑脂和滾動體、滾道造成的損壞,提高軸承的使用壽命。

  該工藝不斷被改進,絕緣軸承中,在外圈或內圈表面有一層100μm厚的涂層,可承受1000 V DC的電壓。 特殊的噴涂工藝可形成一層厚度均勻、粘附力極強均勻的涂層,再經過進一步處理,使其能不受濕氣和濕度的影響。

  電絕緣軸承可避免電腐蝕所造成的損害,因此與普通的軸承相比應用在電機中可保障運行更可靠。而比起其它絕緣方法,如軸或外殼絕緣等,更加符合成本效益和可靠。

陶瓷滾動體
  該類軸承采用Si3N4材料的陶瓷滾動體(球或滾子);具有優良的絕緣性能,其電容容性基本為40pf,絕緣性能優于帶涂層的軸承。

  高溫條件下其直流阻抗也可達到G歐姆范圍,絕緣性能良好;陶瓷滾動體具有優良的耐磨性能,對潤滑的要求低,特別適用于高速,低摩擦以及低溫運行的場合;干摩擦條件下運行狀況良好;對于小尺寸的滾動軸承,采用陶瓷滾動體絕緣軸承具有良好的經濟性能。

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