為什么電機(jī)會(huì)出現(xiàn)故障？

維護(hù)工程師在商業(yè)建筑或工業(yè)廠房頂部定期都在為電機(jī)重新潤滑并檢查其他疲勞跡象，如果沒有預(yù)防性維護(hù)工具或先進(jìn)的預(yù)測(cè)控制軟件來提供警報(bào)，工程師可能會(huì)停下來想，“是那些電機(jī)越來越響了，還是這只是我的想象？”經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師的根據(jù)電機(jī)的內(nèi)部傳感器（聽覺）和預(yù)感（預(yù)測(cè)報(bào)警）可能是正確的，隨著時(shí)間的推移，軸承在沒有人意識(shí)到的情況下出現(xiàn)了過早磨損，但為什么呢？注意軸承故障的這一“新”原因，并知道如何通過消除共模電壓來防止它。

為什么電機(jī)會(huì)出現(xiàn)故障？

雖然電機(jī)故障有許多不同的原因，但一次又一次的首要原因是軸承故障，工業(yè)電機(jī)通常會(huì)遇到各種環(huán)境因素，這些因素會(huì)對(duì)電機(jī)的壽命產(chǎn)生不利影響。雖然污染、水分、熱量或不正確的負(fù)載肯定會(huì)導(dǎo)致軸承過早失效，但另一種可能導(dǎo)致軸承失效的現(xiàn)象是共模電壓。

共模電壓

目前使用的大多數(shù)電機(jī)都以跨線電壓運(yùn)行，這意味著它們直接連接到進(jìn)入設(shè)施的三相電源（通過電機(jī)啟動(dòng)器）。隨著應(yīng)用在過去幾十年中變得越來越復(fù)雜，由變頻驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)變得越來越普遍。使用變頻驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的好處是在應(yīng)用中提供速度控制，如風(fēng)扇、泵和輸送機(jī)，以及以最佳效率運(yùn)行負(fù)載以節(jié)省能源。

然而，變頻驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生共模電壓，這可能是由于驅(qū)動(dòng)器三相輸入電壓之間存在不平衡引起的。脈沖寬度調(diào)制（PWM）逆變器的高速切換可能會(huì)對(duì)電機(jī)繞組和軸承造成問題，使用逆變器抗尖峰絕緣系統(tǒng)可以很好地保護(hù)繞組，但當(dāng)轉(zhuǎn)子看到電壓尖峰累積時(shí)，電流會(huì)尋找到對(duì)地電阻最小的路徑：通過軸承。

由于電機(jī)軸承使用潤滑脂進(jìn)行潤滑，潤滑脂中的油形成一層膜，起到電介質(zhì)的作用。隨著時(shí)間的推移，這種電介質(zhì)會(huì)分解，軸中電壓水平的增加，電流不平衡尋求通過軸承的阻力最小的路徑，這會(huì)導(dǎo)致軸承產(chǎn)生電弧，通常稱為EDM（電火花加工）。隨著時(shí)間的推移，這種持續(xù)的電弧發(fā)生，軸承座圈中的表面區(qū)域變得脆弱，軸承內(nèi)部的微小金屬片可能會(huì)斷裂。最終，這種損壞的材料在軸承球和軸承座圈之間運(yùn)行，造成研磨效應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)霜或溝槽（并可能增加環(huán)境噪聲、振動(dòng)和電機(jī)溫度）。隨著情況逐漸惡化，一些電機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行，根據(jù)問題的嚴(yán)重程度，電機(jī)軸承的最終損壞可能不可避免，因?yàn)閾p壞已經(jīng)造成。

以預(yù)防為基礎(chǔ)

如何將電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去呢？最常見的解決方案是在電機(jī)軸的一端添加軸接地裝置，尤其是在共模電壓可能更普遍的應(yīng)用中。軸接地基本上是通過電機(jī)機(jī)架將電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子連接至接地的一種方式。與軸承更換相關(guān)的維護(hù)費(fèi)用相比，在安裝前為電機(jī)添加軸接地裝置（或購買預(yù)裝電機(jī)）可能是一個(gè)很小的價(jià)格，更不用說設(shè)施停機(jī)的高成本。

當(dāng)今行業(yè)中，有幾種類型的軸接地裝置很常見，在支架上安裝碳刷仍然很流行，這些類似于典型的直流碳刷，其基本上在電機(jī)電路的旋轉(zhuǎn)和靜止部分之間提供電氣連接。市場(chǎng)上一種相對(duì)較新的設(shè)備是纖維刷式環(huán)形設(shè)備，這些裝置的工作方式與碳刷類似，通過在軸周圍的環(huán)內(nèi)布置多股導(dǎo)電纖維來實(shí)現(xiàn)。環(huán)的外側(cè)保持靜止，通常安裝在電機(jī)的端板上，而電刷則騎在電機(jī)軸的表面上，通過電刷轉(zhuǎn)移電流并安全接地。然而，對(duì)于較大的電機(jī)（100hp以上），無論使用哪種軸接地裝置，通常建議在安裝軸接地裝置的電機(jī)的另一端安裝絕緣軸承，以確保轉(zhuǎn)子中的所有電壓通過接地裝置放電。

結(jié)論

變頻驅(qū)動(dòng)器在許多應(yīng)用中都可以節(jié)能，但如果沒有適當(dāng)?shù)慕拥?，可能?huì)導(dǎo)致電機(jī)過早故障。當(dāng)試圖降低變頻驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中的共模電壓時(shí)應(yīng)考慮以下三點(diǎn)：1） 確保電機(jī)（和電機(jī)系統(tǒng)）正確接地。2）確定適當(dāng)?shù)妮d波頻率平衡，這將最大限度地降低噪聲水平和電壓不平衡。3） 如果認(rèn)為有必要安裝軸接地裝置，請(qǐng)選擇最適合該應(yīng)用的接地裝置。

審核編輯 ：李倩