知识 | 电动机轴承电流防止方法

来源 | 电工电气学习

依照图所标出的接地点，它们之间的阻抗在实际上是不能忽略的。如果共模电流从电动机机壳返回逆变器路径上的阻抗与通过轴承达到负载然后再返回逆变器时的路径阻抗相同时，这就意味着两条路径所分得的共模电流大小相等。所以为电动机机壳与逆变器之间提供一个低阻抗的共模电流通道，能够很有效地减小流过轴承的电流，这就是为什么要求变频器与电动机之间要采用低阻抗屏蔽电缆的重要原因。

研究表明，在众多低阻抗屏蔽电缆中，连续螺纹状铝制电缆有最优异的表现．因为铝拥有较低的电阻和电感，所以这种电缆的高频阻抗较小。

1 改进电动机与变频器、电动机与负载之间的高频接地

潜在最大的轴承电流分量就是从定子绕组流出通过轴承和连轴器到达负载的共模电流（见图1）。创造一个从电动机的外壳到变频器外壳到负载外壳的低阻抗连接能够最有效地降低这种电流。

电动机外壳到逆变器外壳的连接应该通过电缆的屏蔽层和内部的接地导线（如3+3结构的3根接地线）；而电动机的外壳到负载的外壳一般采用金属带。

图1 共模轴电流

2 负载与电动机间的连轴器的绝缘隔离

路径2和路径3都通过转子轴和连轴器流到负载，这个电流可以通过采用绝缘的连轴器加以消除，从图2可以看出，虽然消除了流过负载轴承的电流，但是流过电动机轴承的电流却增加了，此时电动机的轴承成为耦合到转子的电流返回逆变器的唯一途径。

图2 用绝缘连轴器消除轴延伸电流

3 在没有绝缘隔离层的轴承转轴上加装接地电刷

接地电刷可以提供一条轴电流返回逆变器的路径，从而将电流从轴承中引出（见图3），因为对轴延伸电流而言电刷比轴承提供了一个阻抗更小的路径。但是，接地电刷不能完全消除流经连轴器、负载轴承的电流，特别是负载外壳至逆变器外壳之间的高频阻抗较小的时候。

图3 电动机驱动端的接地电刷

4 电动机一端的轴承加装绝缘垫片

电动机一端的轴承如果采用绝缘隔离，则从转轴流到地的电流和轴承之间的环流也就被阻断了。通常绝缘垫片安装在没有接地电刷的那个轴承上。而将绝缘垫片安装在有接地电刷的轴承上是不对的，因为这样会加强流过另一端的轴承的电流。

与上述方法类似的是采用绝缘轴承。目前国外的高压电动机，无论是滚动轴承还是滑动轴承，无一例外地采用轴承绝缘措施。如采用喷涂Al2O3涂层，或在非轴伸端轴承座内嵌入3mm厚玻璃纤维层压板等。

5 同时安装接地电刷与绝缘垫片

接地电刷在通常情况下都是和绝缘垫片一起使用的。非驱动端安装绝缘垫片而驱动端安装接地电刷的示意图如图4所示。在这种情况下耦合到转子的电流还是存在的，它沿着转轴流入负载。

图4 非驱动端安装绝缘垫片驱动端安装接地电刷

不论怎样，电动机与逆变器、电动机与负载的良好接地仍然是必须的。特别需要注意的是在驱动端安装了接地电刷后，不能在非驱动端再安装接地电刷，因为安装后将给环流提供一个低阻抗的通路，将使驱动端的接地电刷形同虚设。

在实际应用中，对于大型交流电动机和中小电动机所采用的方案是不一样的，对于大型电动机，在驱动端和非驱动端都要安装轴承绝缘垫片，而且在驱动端安装接地电刷；对于中小型交流电动机，可以在一端安装轴承绝缘垫片而在另一端安装接地电刷。

6 通过改进系统设计来防治轴承电流

系统设计上的适当改进能够减少轴承电流，这种改进包括逆变器和电动机两方面。

(1)采用随机空间向量技术。通过随机的空间向量技术去控制共模电压变化的振幅和数量。这种方法不用添加任何硬件，但该方法最多只能降低50%的共模电压。

(2)采用共模电抗器。这是用得较多的方法，在电动机的每一相中增加一个共模电抗器，从而达到无源低通滤波的效果。但是这种方法仅可以少量地减少共模电压。

(3)采用新型的逆变器拓扑结构。