軸電流及防範措施 Used

低頻軸電流

軸電流產生的原因是由於採用了變頻技術，或者電機製造中產生的不對稱，從而在電機轉軸兩端產生軸電流。這些軸電流往往頻率不高，屬於低頻軸電流。一般而言，交流傳動系統都會產生軸電流，但是大多數系統的軸電流幅值較小，沒有達到危害程度。

如果系統的軸電流較大，可能會損壞電機軸承，甚至齒輪箱軸承。因為滾動軸承的油膜一般比較薄，對軸電壓比較敏感，軸電流流過滾動體與內外圈的細微接觸點時，如果電壓比較高，內外圈表面的接觸面就會出現擊穿的痕跡。一般要求滾動軸承的軸電壓小於300mv。

高頻軸電流

現代電機設計和製造工藝幾乎已經消除了低頻軸電流，但是現代交流傳動系統由於採用pwm變頻供電方式和使用igbt等快速切換元件，所以在軸承上會產生高頻電流脈衝。如果這些脈衝的能量足夠高，就會損壞軸承，被損壞軸承的形狀呈間斷的燒傷條紋如圖3所示。

軸電流在軸承上產生的燒傷條紋

典型三相正弦電源是平衡的，即三相的向量和總是等於零。由於前述pwm電源存在諧波，所以pwm電源的三相輸出電壓的向量和不為零，導致中性點的電壓不等於零，這個電壓可以定義為共模電壓源。

任何時候，當兩個導體通過絕緣體隔離開後就產生電容。例如，電纜的相線與pe線之間有pvc絕緣電容，所以電機繞組與外殼有鍍層和片間絕緣有電容。電纜間電容，尤其是電機內部的電纜間電容非常小，小電容意味著對低頻的高阻抗，可以阻止低頻雜散電流。

然而對於高頻電流，即使電機內電容很小，也會產生乙個低阻抗通道使電流可以通過。

每次三相逆變輸出的一相由一種電壓狀態切換到另一種狀態時，會產生乙個正比於該電壓的電流，通過輸出電路所有元件的接地電容流向大地。電流通過接地導體和逆變器的雜散電容流回電源。由於系統不可避免地存在寄生電容，所以在較高的dv/dt下，高頻電壓會產生容性寄生電流。

高頻軸電流有幾種形式，有高頻迴圈電流、軸對地電流、容性放電電流等。

低頻軸電流的預防措施

一般來說, 防止高頻軸電流產生的常規措施有如下幾種:

(1) 增加接地碳刷, 使轉軸接地;

(2) 使用絕緣軸承;

(3) 使用對稱電纜;

(4) 增加補償變壓器;

(5) 增加絕緣板。

高頻軸電流的預防措施

(1) 選擇正確的電纜

•必須選用對稱的多芯電纜，電纜的接地線(pe，保護接地)必須對稱排列;

•電纜的遮蔽層選用銅編制帶，因為銅的導電效能優越，遮蔽效果比較好;

•遮蔽層的總截面積應不小於相線的1/2;

•電纜頭兩端做360°的接頭，並分別與變頻櫃和電機內接地端連線。

(2) 安裝高頻濾波器

只要變頻器處的高頻諧波存在，就會產生共模電流，所以如果能夠對高頻電流進行衰減，則可以在源頭上抑制軸電流。在變頻器的輸出線上安裝共模濾波器，具體措施為:在三相對稱電纜的外面套上濾波器磁環，使高頻電流在磁環中被吸收。

由於高頻電流會產生高頻磁場，所以濾波器可以做成非接觸式。

開關電源濾波器中的電容一般要求電感值比較小，這樣諧振頻率高，抑制高頻電流的效果好。某線材廠主電機的變頻櫃內已經安裝了共模濾波器，與安裝前相比，在電機側的高頻電流值明顯有所下降。

(3) 均衡接地電壓

由於存在雜散電容，在同一根電纜的遮蔽層(都已接地)上兩端(逆變器側與電機側)的地電壓實際上並非完全一致，這樣在電纜上存在壓降，就會存在電流。所以，可以考慮均衡接地電壓，降低電纜遮蔽層上的壓降，從而降低軸電流。具體做法是在現場安裝乙個共用接地母排，然後將各電機接地端子與之相連線。

由於變頻櫃內的接地線是引自系統總的接地裝置，從而將電機與逆變器的接地電壓均衡，降低電壓降。另外，可以考慮降低電機電纜遮蔽線的接地電阻，使該電纜上部分電流在通過電機軸承之前直接接地，分流流經軸承的電流。