風機的驅動靠風機電機接收電能后進行旋轉，帶動風機葉輪產生風流。風機電機是風機的重要組成部分，但因為風機的使用率較高，風機電機軸承極其容易出現發熱的問題。那么風機電機軸承發熱的原因和應對方法是怎樣的？我們一起來了解一下。
來源：《科技創新導報》2010年第24期
摘 要：本文以安鋼二軋廠風機電機軸承發熱故障為例，簡單分析變頻驅動電機軸承電壓的產生原因，軸承電流的本質及其流通路徑，分析抑制軸承電流的方法。并簡介我廠的具體措施和實際效果。
關鍵詞：變頻器;軸承發熱;軸承電流;應對措施
安鋼二軋廠加熱爐鼓風機電機由變頻器驅動，運行中遇到負荷端軸承發熱的問題。兩臺鼓風機電機在工作半年以內都出現電機負荷端軸承嚴重發熱的現象，軸承內潤滑脂熔化，很短時間后軸承抱死，電機堵轉跳閘，致使加熱爐停爐，給生產造成很大影響。將電機退下后檢查，發現軸承盒內已無潤滑脂，軸承發熱變黑，內外套上有搓衣板樣的條形燒蝕條紋。根據這些情況我們判斷軸承電流是電機負荷端軸承發熱的主要原因。
1 軸承電流產生原因及危害
在感應電動機中，電機的軸承電流是始終存在的。正弦波電源驅動下，因電機定轉子齒槽尺寸的偏差，磁性材料定向屬性的改變，或者供電電源三相不平衡等原因，都會引起電機磁通的不平衡，在轉子軸上產生軸電壓和軸承電流。這種軸承電壓幅值較小，危害不大。在變頻器驅動下，因產生原理的不同，電機軸承電流的危害大大增加。通用變頻器多采用PWM調制方式，逆變回路用高頻功率元件(如IGBT等)，在電機上得到近似正弦的電壓波形。三相電壓基波分量的合成矢量為零，但實際上每一瞬間三相電壓矢量和不為零，三相電壓是不平衡的。該合成共模電壓幅值等于變頻器直流側電壓，頻率等于逆變器開關頻率。該共模電壓經定轉子之間的靜電電容耦合在轉子軸上也產生相同頻率的軸電壓，通常變頻器逆變側載波頻率很高，在10kHz以上，過高的頻率和定子、電纜相感應，產生很高的dv/dt前后沿，加大波形畸變。由于靜電耦合，電機各部分之間有大小不等的分布電容，構成電機的零序回路，其中流經軸承的對地放電就形成軸承電流。正常狀態下，軸承滾珠懸浮在潤滑脂形成的油膜中，潤滑油膜起到絕緣作用，當油膜因某種原因被破壞或過高的dv/dt軸承電壓都會擊穿油膜形成放電，放電電流在軸承內外圈和滾珠上形成燒蝕，長時間運行會發展成延軸承內外圈一周的象搓衣板樣的條紋，并升高軸承溫度，溶化潤滑脂，更加劣化軸承的運行。
2 共模電流的路徑
由于靜電耦合，電機各部分間都有或大或小的分布電容，構成電機定子上共模電流的泄放路徑。大部分共模電流經定子—機殼—地—變頻器外殼這一路徑，一小部分經定子—轉子—轉軸—軸承—機殼—地—變頻器外殼這一路徑。當變頻器接地與電機外殼間阻抗高于變頻器外殼與負載間阻抗時還會產生軸延伸電流，經定子—機殼—轉軸—負荷端軸承(電機)—聯軸器—軸承(負載)—地—變頻器外殼這一回路泄放，不但危害電機負荷端軸承，還會危害負載軸承和聯軸器。后兩路共模電流流經電機軸承，造成危害并以第二種途徑危害更大。
3 常見的軸承電流抑制措施
有多種方法抑制軸承電流，如在變頻器輸出側加裝正弦波濾波器，改善輸出電流波形;將電機一端的軸承做絕緣處理，截斷流經電機轉軸和軸承的環流;在電機輸出軸上安裝接地碳刷，抑制經負荷接地的軸延伸電流等等。這多種方式能抑制相應的。
4 我廠風機負荷端軸承損壞過程分析
基于以上的軸承電流形成原理，并結合電機的運行情況，我們分析負荷端軸承的損壞失效是一個過程，軸承電流是主要原因，同時機械震動、潤滑脂消耗等是次要原因，促成軸承電流的形成，并一定程度上加重了危害。風機電機投用后，由于軸承間隙均勻，潤滑充分，潤滑油膜均勻，軸承電流還不構成很大威脅，隨著潤滑脂的消耗，負荷端的震動加大首先導致負荷端軸承間隙加大，軸承電壓擊穿放電嚴重，軸承電流增大，使得負荷端軸承內道出現電燒蝕，溫度升高，潤滑脂液化，直到軸承磨損嚴重，發熱燒損。所以，我們認為應采用綜合治理，以多種方法減少和抑制軸承電流。而絕緣軸承等方法由于實施難度較大暫不考慮。
5 應對措施及實際效果
我們采取了以下措施，減少軸承發熱燒損電機的現象。
(1)對電機和負荷重新找正，澆注電機安裝平臺基礎，加大地腳板厚度，提高電機地腳的剛度，減少運行時的震動;
(2)在電機負荷端軸承上使用在線注脂設備(易力潤Easylube)，該設備可用螺絲固定在負荷端軸承的注脂孔上。它采用鋰電池供電，用微電腦芯片和專用檢測設備控制內部的馬達，經齒輪組驅動螺桿及壓板，推擠活塞，按設定的周期，將油杯內潤滑脂分配到每天，定時定量的注入軸承內，很好的改善潤滑。據實測，同樣條件下，使用在線注脂后，負荷端軸承溫度下降了7℃。我們還根據電機軸承潤滑脂的消耗情況，設定不同的周期：新電機，新軸承，環境溫度不高就設定周期長些;電機已長期運行，軸承磨損或環境溫度較高的設定周期短些。這樣靈活使用，可有效的保證軸承有充足的潤滑，避免潤滑脂消耗后形成惡性循環;
(3)將電機外殼和負荷機械設備用10mm2以上銅電纜相連后接地，使之與變頻器外殼和經接地線相接，三者在相等的電位上。這樣，可有效減少流經電機定子-機殼-電機負荷端軸承-轉軸-負載側軸承-地這一回路的軸延伸電流，減少負荷端軸承發熱;
(4)在變頻器輸出側加裝dv/dt濾波器，減少變頻器輸出電流中的波形畸變，提高電機和電纜的壽命，降低dv/dt尖峰電壓，減少軸承的dv/dt尖峰電壓擊穿，從而抑制軸承電流的產生;
(5)縮短電機軸承維護周期，每運行滿4000小時(約6個月)，退下電機，解體后檢查軸承磨損情況，能使用的經徹底清洗注脂后使用，磨損嚴重的及時更換。
6 結語
經綜合施行以上措施，電機運行平穩、潤滑充分，電機軸承溫升控制在可接受的范圍，軸承發熱導致電機跳閘的設備故障不再出現，給加熱爐的生產創造良好條件。
綜上所述，當風機電機發熱時，一定要排查好原因再進行妥善解決。風機電機發熱除了正常的能量耗散轉化，還有一個原因是軸承電流的產生。它會對軸承造成嚴重的傷害，因此需要嚴防軸承電流的產生，進而抑制風機電機軸承的發熱。
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