现代驱动系统:轴承电流

轴承电流:它们是什么?为什么它们会有问题?

在启动几个月后,一些新的驱动装置可能有他们的电机轴承故障。轴承电流可以在电机轴中诱导,并在轴承上放电,导致这种情况。

在正常情况下,现代电机设计和制造实践几乎消除了轴承故障,但现代驱动系统中的快速开关产生高频电流,可能损坏轴承。当这些电流通过轴承到达地面时,球和圈之间的金属转移就发生了。这个过程被称为电火花加工(EDM)。

现代传动系统如果在快速切换过程中没有足够的接地,就会损坏轴承。

轴承电流从何而来?

驱动系统中的共模电压负责承载电流。在正常情况下,三相正弦电源是平衡对称的。因此,中性点通常为零伏。然而,PWM开关三相电源不能瞬间达到完美的相位平衡。由于逆变器输出和接地之间产生的电位,电机电缆和电机绕组中的杂散阻抗将导致电流流动。这被称为共模电流。

是什么引起高频轴承电流?

超过100kW(机座尺寸IEC 315及以上)的电机由于电机轴中的磁通分布不对称而经历高频轴承电流。由于由逆变器馈电的脉冲频率高,电机绕组的漏电电容为电流漏电到接地提供了路径。这就产生了轴两端之间的电压。如果感应电压高到足以克服轴承油膜的阻抗,就会出现循环型高频轴承电流。

通过接地电路,漏电流倾向于通过阻抗最低的路径返回到逆变器。通过从动电机接地电机轴,部分泄漏电流可以通过轴承、轴和从动电机回流到逆变器。轴接地电流是由定子接地不良引起的,称为轴承电流。

对于30kW以下的电机,共模电压的内部划分可能是这样的,由于电机内部杂散电容的相对大小,高轴电压产生高频轴承电流脉冲。在不通过驱动机械将轴接地的装置中,会发生这种情况。

发现轴承损坏

轴承损坏通常发生在几个月的使用后,尽管时间框架不同取决于驱动器设置。由于多个并联逆变电机电路导致较低的阻抗,分段驱动器比独立驱动器更容易承受电流损坏。

如果轴承损坏,可以听到响亮的运行噪声,或可以使用连续振动监测来检测损坏。如果轴承损坏,应在其造成生产损失之前更换。你可以确定轴承的滚动轨迹是否有凹槽或磨砂,滚动元件是否有灰色、暗淡的光面。

如何防止轴承损坏

影响高频轴承电流的方法有三种:合理的布线和接地;断开轴承电流环;阻尼高频共模电流。

  • 电机电缆应对称多芯。为了避免携带基频电流,保护接地导体必须是对称的。所有相引线或包含三个相引线和三个接地导体的电缆周围的导体可以实现对称。
  • 为共模电流返回到逆变器上的接地导体创建一个短的、低阻抗的路径。为了实现这一点,屏蔽电机电缆是最好和最简单的选择。屏蔽需要是连续的,导体良好的材料,如铜或铝,两端有360°终端。
  • 在安装装置和已知的地球参考点之间安装高频连接,以平衡受影响物体的潜力。使用50-100mm宽的编织铜带;扁导线的电感比圆导线低。
  • 通过隔离非驱动端轴承,将轴与框架绝缘,或在电机和被驱动机械之间使用绝缘联轴器,轴承电流环断开。
  • 在共模回路中增加阻抗将抑制高频共模电流。

许多逆变器的载波频率可以在1khz到10khz之间调节。将载波频率降低到1-3千赫可以在轴承损坏的情况下提供一些短期的缓解。

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