电机轴接地可以提高逆变器供电电机的可靠性

在许多应用中，变频驱动器在节省能源方面很有用，但如果没有适当的接地，可能会导致电机过早故障。想想看:作为一个典型的维护工程师，在典型的商业建筑或工业厂房的顶部定期安排兴趣点，日复一日地重新给电机上油，并检查其他疲劳迹象。如果没有预防性维护工具或先进的预测控制软件来提供警报，工程师可能会停下来思考:“这些马达的声音越来越大了吗?还是只是我的想象?”

经验丰富的工程师的内部传感器(听觉)和预感(预测警报)可能是正确的。随着时间的推移，轴承在没有人意识到的情况下经历过早磨损，但为什么呢?

为什么马达会失灵?

虽然电机故障有许多不同的原因，但头号原因，一次又一次，是轴承故障。工业电机通常会看到各种各样的环境因素，这些因素会对电机的寿命产生不利影响。

虽然污染、湿气、热或不正确的加载肯定会导致过早的轴承故障，但另一种可能导致轴承故障的现象是共模电压。

共模电压

目前使用的大多数电机都是跨线电压工作的，这意味着它们直接连接到进入设备的三相电源(通过电机起动器)。在过去的几十年里，随着应用变得越来越复杂，由变频驱动器(vfd)驱动的电机变得越来越普遍。使用vfd驱动电机的好处是在风扇、泵和输送机等应用上提供速度控制，以及以最佳效率运行负载以节省能源。然而，vfd的一个缺点是潜在的共模电压，这可能是由驱动器三相输入电压之间的不平衡引起的。

脉宽调制(PWM)逆变器的高速开关对电机的绕组和轴承都是有问题的。使用逆变器抗尖峰绝缘系统可以很好地保护绕组，但是当转子看到电压尖峰的积聚时，电流会寻找对地电阻最小的路径:通过轴承。

由于电机轴承使用润滑脂润滑，润滑脂中的油形成一层薄膜，充当电介质。随着时间的推移，这种电介质会分解。随着轴内电压水平的增加，电流不平衡寻求通过轴承的阻力最小的路径。这导致轴承产生电弧，通常称为EDM(放电加工)。随着时间的推移，这种持续的电弧发生，轴承圈中的表面区域变得脆性，微小的金属碎片可以在轴承内部脱落。最终，这种损坏的材料在轴承球和轴承衬圈之间工作，导致研磨效应，从而导致结霜或凹槽(并且可以增加环境噪声，振动和电机的温度)。有些电机可以继续运行，因为这变得越来越糟。然而，根据问题的严重程度，电机轴承的最终报废可能是不可避免的，因为损害已经造成了。

立足于预防

人们希望在安装过程中发生的事情是，电机和驱动器按照制造商的规定安装、布线、接地和编程。NEMA(国家电气制造商协会-电机和驱动器行业的贸易协会)也提供了最佳实践指南。工业应用通常不会遇到这些轴承困难的逆变电机。但在一些设施，如商业建筑和机场行李处理，坚固的接地并不总是可用的。

那么，要怎样做才能使电流偏离轴承呢?最常见的解决方案是在电机轴的一端增加轴接地装置，特别是在共模电压可能更普遍的应用中。轴地本质上是通过电机的框架将电机的转动转子连接到地面的一种手段。与轴承更换相关的维护成本相比，在安装前为电机添加轴接地装置(或购买预先安装的电机)可能是一笔很小的费用，更不用说设施停机的高额成本了。

在当今的行业中，有几种类型的井下接地装置是常见的。古老的忠实碳刷安装在一个持有人仍然普遍。这些类似于典型的直流碳刷，本质上提供电机电路的旋转和静止部分之间的电气连接。

市场上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，但是由多股导电纤维在轴周围的环内排列而成。环的外部保持静止，通常安装在电机的终板上，而电刷在电机轴的表面上，通过电刷转移电流并安全地接地。然而，对于较大的电机(100马力以上)，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都通过接地装置放电。

3 .变速驱动器安装技巧

在VFD应用中试图降低共模电压时，维护工程师需要考虑的三个因素是:

1)确保电机(及电机系统)正确接地。

2)确定适当的载频平衡，这将使噪声水平和电压不平衡降到最低。

3)如果认为有必要使用轴系接地装置，应选择最适合该应用的接地装置。

David E. Steen是Baldor Electric Co. (ABB集团成员)明确用途电机的产品经理。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师,mhoske@cfemedia.com．

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关键概念

• 变频驱动节省能源。
• 如果安装不当，vfd会通过轴承引起共模电压和接地故障。
• 接地电机轴可以治愈。

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