產(chǎn)生軸電壓的原因如下

產(chǎn)生軸電壓的原因如下：3pAWA]!F0C-sAyAu①、由于發(fā)電機(jī)的定子磁場不平衡，在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生了感應(yīng)電勢。磁場不平衡的原因一般是因?yàn)槎ㄗ予F芯的局部磁組較大（例如定子鐵芯銹蝕），以及定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻所致。②、由于汽輪發(fā)電機(jī)的軸封不好，沿軸有高速蒸汽泄漏或蒸氣缸內(nèi)的高速噴射等原因而使轉(zhuǎn)軸本身帶靜電荷。這種軸電壓有時(shí)很高，可以使人感到麻電。但在運(yùn)行時(shí)已通過炭刷接地，所以實(shí)際上已被消除。軸電壓一般不高，通常不超過2~3伏，為了消除軸電壓經(jīng)過軸承、機(jī)座與基礎(chǔ)等處形成的電流回路，可以在勵(lì)磁機(jī)側(cè)軸承座下加墊絕緣板。使電路斷開，但當(dāng)絕緣墊因油污、損壞或老化等原因失去作用時(shí)，則軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜而發(fā)生放電，久而久之，就會(huì)使?jié)櫥屠鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重者會(huì)使轉(zhuǎn)軸和軸瓦燒壞，造成停機(jī)事故。發(fā)電機(jī)磁場非常強(qiáng)大，發(fā)電機(jī)的主軸穿過磁場中心，可是一旦有微小偏差，在發(fā)電機(jī)軸兩端就有感應(yīng)電壓，如果發(fā)電機(jī)軸兩端經(jīng)軸承和機(jī)座成為閉合環(huán)路，就會(huì)產(chǎn)生巨大的短路電流，為了切斷這個(gè)環(huán)路，發(fā)電機(jī)軸承的一端必須加絕緣墊片的軸電流是由于發(fā)電機(jī)磁場不對稱，發(fā)電機(jī)大軸被磁化，靜電充電等原因在發(fā)電機(jī)軸上感應(yīng)出軸電壓，引起的從發(fā)電機(jī)組軸的一端經(jīng)過油膜絕緣破壞了的軸承、軸承座及機(jī)座底板，流向軸的另一端的電流逆變器供電的電機(jī)軸電流及其防治1引言感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的軸電壓和軸電流現(xiàn)象并不是什么新的問題，alger在1920年就闡述了引起這些電流的原因，即磁通在電機(jī)內(nèi)的不對稱分布。而c.u.t.pearce在1927年也說到:只要有可能設(shè)計(jì)出一個(gè)完美平衡或是對稱的電機(jī)，軸承電流在理論上和實(shí)際上都是不存在的。而事實(shí)上，感應(yīng)電機(jī)在正弦波電源的驅(qū)動(dòng)下，就會(huì)因電機(jī)內(nèi)部的因素產(chǎn)生軸電流，這些因素可以分為兩點(diǎn):一是同極的磁通，例如通過電機(jī)軸中央的磁通;二是通過電機(jī)軸的交變磁鏈。其中第二種情況更普遍一些。而這些磁鏈主要是由轉(zhuǎn)子和定子槽機(jī)械尺寸的偏差、磁性材料的定向?qū)傩缘母淖円约肮╇婋娫床黄胶獾纫蛩匾鸬拇磐ú黄胶馑a(chǎn)生的。近年來，以絕緣柵雙極晶體管(igbt)為功率器件的脈寬調(diào)制(pwm)逆變器作為感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，軸電流的問題變得日趨嚴(yán)重，這也使得軸承出現(xiàn)問題和損壞的機(jī)率增加、損壞的速度加快。而且具有高載波頻率(大于12khz)的igbt逆變器導(dǎo)致電機(jī)軸承的損害比低載波頻率的逆變器更快。此時(shí)產(chǎn)生的軸電流的主要原因就是pwm逆變器的輸出在電氣上的瞬時(shí)不平衡。過大的軸電流將造成軸承的損壞，從而使得電機(jī)不能正常運(yùn)行。通過電機(jī)可靠性研究表明電機(jī)軸承的損壞占電機(jī)損壞總數(shù)的40%，而軸承制造商反映幾乎在所有損壞的軸承中有25%是由于逆變器輸出電壓的dv/dt過大，損壞的數(shù)字還在飛速地增長。本文通過電機(jī)模型的建立，分析了電機(jī)在正弦波供電和pwm逆變器供電時(shí)的軸電壓、軸電流產(chǎn)生的機(jī)理，由此重視起對電機(jī)軸承的研究;所闡述的幾種不同的軸承電流的流向，為的是可以有的放矢地找到相應(yīng)的防治措施，但愿這一切對變頻器以及電動(dòng)機(jī)的制造商有所幫助。2關(guān)于電機(jī)軸承2.1三種電機(jī)軸承損壞的原因首先從軸承的損壞說起。軸承的損壞會(huì)使電機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不正常的噪音，重則使得電機(jī)無法正常工作。其中軸承損壞主要有三種原因:力學(xué)上的損壞，即由于機(jī)械的振動(dòng);熱學(xué)上的損壞，即由于過載增加了軸承溫度，從而降低了其機(jī)械壽命；電學(xué)上的損壞這也是最主要的原因，即由于電流的放電加H(edm)使得軸承上產(chǎn)生凹坑而降低了使用壽命。如果不加以防治，第三種情況很容易在pwm逆變器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)中發(fā)生。2.2放電加工的機(jī)理與軸承的損壞pwm逆變器輸出電壓的變化率dv/dt可以達(dá)到6000v/ms以上，而電機(jī)在高速運(yùn)行中，軸承滾珠幾乎懸浮在潤滑劑中，此時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的滾珠并沒有與軸承的內(nèi)外滾道接觸，所以此時(shí)的潤滑劑的作用相當(dāng)于一個(gè)電容器c。在高頻pwm波的作用下，pwm輸出的不平衡電壓，通過電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的間隙的靜電電容耦合，在轉(zhuǎn)子軸上建立起一個(gè)與pwm波相同頻率的電壓，即軸電壓，而且該電壓是軸對地而言的。由于電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承的內(nèi)滾道相連，而軸承的外滾道與電機(jī)機(jī)殼相連，當(dāng)軸電壓超過潤滑劑的絕緣電壓時(shí)，就會(huì)有放電電流流過軸承，其大小約為『cdv/dt(1)這個(gè)電流將使軸承局部的溫度迅速升高，產(chǎn)生熔化性的凹點(diǎn)，這種電腐蝕產(chǎn)生的凹坑直徑很小約0.1~0.5mm之間，很難用肉眼來分辨。當(dāng)然這種凹坑在開始時(shí)的損壞相對較小，當(dāng)這種凹坑大面積出現(xiàn)時(shí)，軸承的表面就會(huì)失去金屬的光澤，就象被氧化一樣；而垂直于滾道的灰色線條組成的彩色斑塊，則是由滾動(dòng)體帶動(dòng)脫落下來的金屬在滾道上碾壓形成的。隨著電機(jī)的不停地旋轉(zhuǎn)，這些凹坑也不斷地增多并積累，最終在軸承的內(nèi)表面形成一道道弧狀的凹槽，這些凹槽輕則使電機(jī)運(yùn)行噪音加大，軸承發(fā)燙，重則使電機(jī)因軸承損壞而無法正常運(yùn)行。2.3軸承的運(yùn)行對放電電流的影響放電而形成的凹坑取決于流過電流的大小，而電流的大小與滾現(xiàn)柱）與滾道的接觸面積有很大的關(guān)系。但直接對接觸面積進(jìn)行分析研究是很困難的，因?yàn)榻佑|面積與很多因素有關(guān)，如軸承的速度、電機(jī)的裝配方式、潤滑劑的溫度-粘度特性等，所以通常通過研究軸承的電阻來反映接觸的情況。滾珠（柱）與滾道的表面接觸主要有三種方式:金屬與金屬接觸、準(zhǔn)金屬表面接觸和金屬電接觸。在低速旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)時(shí)接觸的實(shí)際區(qū)域是很大的，而此時(shí)的接觸常常是準(zhǔn)金屬表面的接觸。因?yàn)闈櫥偷挠湍ず穸韧ǔＶ挥?0x10-10m，而準(zhǔn)金屬表面的氧化層有100-120x10-10m，所以量子的隧道效應(yīng)使得電流能夠流過接觸區(qū)，條件是只要電阻小于0.5^在軸承正常旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的接觸面積實(shí)際上是很小的，僅取決于軸承的粗糙程度，越是粗糙的表面接觸的面積就越大，而表面越是光滑接觸面積就越小。

G非驅(qū)動(dòng)端軸承:G非驅(qū)動(dòng)端軸承:O-驅(qū)動(dòng)端軸承40 60 80 100 120圖1軸承電阻與速度的關(guān)系圖1為軸承電阻與速度的關(guān)系。從表面接觸的角度分析，典型的接觸持續(xù)時(shí)間在低速時(shí)約為100ps左右，高速時(shí)約33ps左右，也就是說，低速時(shí)接觸面積較大一些，相對的電阻就小一些。其實(shí)，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)的頻率達(dá)到變頻器基頻的10%以上之后，電阻開始明顯變大，并趨于平緩。軸承壽命較短的區(qū)域軸承壽希較檢的區(qū)域"軸承壽命較短的區(qū)域軸承壽希較檢的區(qū)域"圖2油膜百分比與A的關(guān)系在圖2所示的是軸承油膜與表面粗糙度之間的關(guān)系。其中，油膜百分比指的是可能接觸的表面被潤滑油膜隔離的時(shí)間占總時(shí)間的百分比，而A是油膜厚度與接觸表面粗糙度有效值的函數(shù)。對于大多數(shù)軸承而言，A值在1~2之間。這就表明高質(zhì)量的軸承呈一個(gè)高電阻的阻抗，在80%的時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)為一個(gè)電容特性;而低質(zhì)量的軸承則呈現(xiàn)出低電阻，且在運(yùn)行中被油膜隔離的時(shí)間很少，也就是說有可能經(jīng)常發(fā)生表面接觸。綜上所述，軸承表現(xiàn)出的電阻與三個(gè)因素有關(guān)，即:軸承旋轉(zhuǎn)的速度、表面的粗糙度、油膜的厚度。換言之，這三個(gè)因素將影響軸承電流的大小。所以選擇高質(zhì)量的軸承對于電機(jī)的良好運(yùn)行非常重要。2.4軸電流對電機(jī)壽命的影響美國學(xué)者busse在他的研究中給出了軸承電氣壽命l的估算公式L=7867204xlO-21^山) {2}式中，jb=ib/sb，軸承的電流密度,a/mm2ib—軸電流，asb—軸承滾珠(柱)與滾道的接觸面積，mm2研究表明，當(dāng)軸承的電流密度jb不大于0.56a/mm2時(shí)，l遠(yuǎn)大于軸承的機(jī)械壽命，軸承電流將不會(huì)對軸承的運(yùn)行可靠性帶來顯著的影響;而當(dāng)jb=0.8a/mm2時(shí)，l將與軸承的機(jī)械壽命相當(dāng)，此時(shí)的軸電流的影響就不能忽略了。但不管怎樣，軸電流的影響將危害到以下方面由于放電和電離，潤滑劑劣化加速，導(dǎo)致潤滑性能和介電強(qiáng)度的降低。電流在軸承表面將產(chǎn)生電腐蝕。軸承運(yùn)行溫升提高。過大的軸承電流密度甚至?xí)斐蓢?yán)重的灼傷，在滾道表面形成麻點(diǎn)(凹坑)和凹槽。以上作用的惡性循環(huán)將大大加劇其危害。而對于pwm逆變器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，這種危害更加明顯。因?yàn)閜wm波較高的載波頻率降低了共?；芈返淖杩?，因而使得ib和jb較大。在共?；芈分?，耦合電容可以為當(dāng)載波頻率較高時(shí)，①也相應(yīng)較高，所以耦合電容變得較小，結(jié)果使得軸電流和電流密度變大。所以為了保證電機(jī)軸系統(tǒng)的使用壽命，必須采取必要的措施將軸承的電流密度降到0.4a/mm2以下。3軸電壓產(chǎn)生的機(jī)理3.1電網(wǎng)正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)的軸電壓前面已經(jīng)提到，人們其實(shí)很早就發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上存在軸電壓，但在正弦波供電的情況下，如果電機(jī)的功率不大，軸電壓對電機(jī)的正常工作并沒有很大的影響。電機(jī)在正弦波驅(qū)動(dòng)時(shí)主要有三個(gè)原因會(huì)產(chǎn)生軸電壓:磁路不對稱、剩磁和電荷積聚。磁路不對稱引起的軸電壓電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場不僅會(huì)在轉(zhuǎn)子的繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢，也會(huì)在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出電動(dòng)勢，但是由于是正弦波供電，所以該電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為零。但是由于電機(jī)設(shè)計(jì)和制造方面的原因，比如電機(jī)鐵心材料磁化取向特性有差異，定子疊片氣隙的不均勻，電機(jī)的磁路很難做到完全的對稱，這種磁通分布上的不均勻，就會(huì)出現(xiàn)多余的交變磁通交鏈電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端產(chǎn)生軸電勢，形成軸電壓。而且不能忽略的是，電網(wǎng)供電有時(shí)就是不平衡的。當(dāng)軸電壓強(qiáng)度足以擊穿潤滑油膜，且軸承間有外電路溝通時(shí)，軸電流即形成。剩磁引起的軸電壓當(dāng)轉(zhuǎn)子在具有剩磁的定子機(jī)座內(nèi)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)感應(yīng)出軸電壓，這一過程與發(fā)電機(jī)工作原理相同，一旦絕緣不好構(gòu)成了回路，軸承和密封圈就成了軸電流的負(fù)載。電荷積聚引起的軸電壓這種現(xiàn)象常常出現(xiàn)在渦輪機(jī)運(yùn)行的后期。高溫蒸汽溫度降低時(shí)會(huì)發(fā)生正負(fù)電荷的分離，隨著蒸汽沖擊渦輪機(jī)葉片，電荷就積聚在葉片上，從而產(chǎn)生軸電壓。在氣壓機(jī)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的電荷，也可能發(fā)生電荷積聚現(xiàn)象。3.2pwm波引起的軸電壓⑴共模電壓這里先要說明的是，即使用pwm逆變器驅(qū)動(dòng)，上述情況引起的軸電壓也是存在的，只不過比起pwm高次諧波引起的軸電壓則要小得多。pwm逆變器驅(qū)動(dòng)的電路如圖3。圖3pwm逆變器驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)pwm逆變器的拓?fù)潆娐愤M(jìn)行分析可知K+K+*-3K=（玲+二￡上+*+心 ⑷對于星形連接⑸其共模電壓耦合到轉(zhuǎn)軸上的軸電壓可以表示為共模電壓可以定義為逆變器中點(diǎn)的對地電壓。這個(gè)電壓在三相對稱正弦波供電時(shí)為零。但是在pwm供電下，共模電壓取決于逆變器的開關(guān)狀態(tài)，而且共模電壓的變化周期與逆變器的載波頻率一致。pwm逆變器輸出的共模電壓的波形以及三相波形如圖4所示。

500V0V*相500V0V5。叫0V,500V0V*相500V0V5。叫0V,500VFmmjmjHTnwjujB相.mwnrmLuwrrou「 C相共模電壓(:相2040ni國圖4pwm逆變器三相輸出和共模電壓波形由圖4可以看到，pwm逆變器輸出的每相波形都是矩形波，盡管它的三相基波分量（見虛線所示）的合成矢量為零，但是從實(shí)際pwm波每一時(shí)刻的合成矢量來看并不為零。換句話來說，就是共模電壓的瞬時(shí)值不為零。由圖可以觀察到共模電壓是一個(gè)上下階梯狀的函數(shù)，它的幅值等于直流側(cè)電壓值，波形中階梯的每一個(gè)臺階都是1/3的直流電壓值，而頻率等于逆變器的開關(guān)頻率。4pwm逆變器和電機(jī)的模型圖5是大家熟知的電機(jī)物理結(jié)構(gòu)，在圖中轉(zhuǎn)子的負(fù)載端和非負(fù)載端的軸承都通過絕緣墊片與電機(jī)機(jī)殼隔離，絕緣墊片是為了能夠測量轉(zhuǎn)子的軸電壓;另外當(dāng)用接地帶接地時(shí)，還可以通過電流探測器測量軸電流。

每個(gè)球的模型每個(gè)球的模型圖5電機(jī)的物理結(jié)構(gòu)在pwm逆變器和電機(jī)的模型建立之前，還要重溫一下耦合電容的問題，以便更好地建立起模型。當(dāng)任何兩個(gè)導(dǎo)體被絕緣物隔離時(shí)，它們之間就會(huì)形成一個(gè)電容。在電場耦合中，耦合電容起到為①頻率的信號提供電抗通道的作用。圖6是電機(jī)的機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、定子繞組三者之間電容耦合的模型。定子到機(jī)殼的電容csf是一個(gè)分布參數(shù)，它表示沿著定子耦合到機(jī)殼的電容。通常人們比較注意定子與轉(zhuǎn)子之間的磁場耦合，因?yàn)樵陔娋W(wǎng)正弦波供電的情況下常常將它們之間的電場耦合忽略，但是在pwm逆變器供電時(shí)，由于電機(jī)中的高頻分量，定轉(zhuǎn)子之間的電容耦合（電場耦合）就不得不被考慮，圖6中csr為定轉(zhuǎn)子之間的電容，crf為轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的電容。

圖6電機(jī)的電容耦合軸承、潤滑油和絕緣墊片所相對應(yīng)的電容、電阻和非線性阻抗的模型如圖7所示。該模型中包括內(nèi)外滾道電阻rinner和router。另外，就軸承的結(jié)構(gòu)來講，軸承中包含有n個(gè)平行的滾珠（柱），每一個(gè)滾珠（柱）都有一個(gè)相應(yīng)的電阻rball。由于每一個(gè)滾珠（柱）都浸在潤滑油中，當(dāng)滾珠（柱）在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)潤滑油隔離了它們與內(nèi)外滾道的接觸，使得滾珠（柱）與內(nèi)外滾道之間各形成了一個(gè)電容cboll，因此在軸承中，滾珠（柱）部分的模型包括了n個(gè)平行的cboll和rboll。而在每兩個(gè)滾珠（柱）之間，因?yàn)闈櫥蛯?nèi)外滾道隔離了，形成了一個(gè)電介質(zhì)屏障，結(jié)果每對滾珠（柱）之間構(gòu)成了一個(gè)氣隙電容cgap，該電容也形成了n個(gè)平行的電容器。圖7電機(jī)軸承的模型結(jié)合每一個(gè)滾珠（柱）的模型把它們組合起來就能建立起軸承的簡化模型。該模型包括了n個(gè)平行滾珠（柱）的電阻和內(nèi)外滾道電阻的總等效電阻rb、滾珠（柱）與內(nèi)外滾道之間各電容和氣隙電容的總等效電容cb和每個(gè)滾珠（柱）的非線性阻抗的總等效阻抗zl（非線性阻抗是由軸承機(jī)械和電氣方面的非正常情況引起的）。最后，絕緣墊片還會(huì)形成一個(gè)總等效電容csleeve,但是當(dāng)接地開關(guān)閉合時(shí)，該電容就被短路。結(jié)合軸承的模型和逆變器、電機(jī)的模型可以建立一個(gè)簡單的系統(tǒng)模型。該模型如圖8所示。在該模型中，逆變器由一個(gè)星形接法的三相電源表示，在其中點(diǎn)處有一個(gè)對地的共模電源。電機(jī)的模型則由三相定子繞組和三相轉(zhuǎn)子繞組表示。此時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的電容耦合由模型兩組三相繞組中點(diǎn)間的電容csr來表示。另外，由于機(jī)殼接地，定子與機(jī)殼間的電容和轉(zhuǎn)子與機(jī)殼間的電容分別由定子繞組中點(diǎn)對地電容csf和轉(zhuǎn)子繞組中點(diǎn)對地電容crf來表示。轉(zhuǎn)子除了一對地電容外，與地之間還隔有軸承，所以軸承的模型與crf平行。

圖8逆變器和電機(jī)組成的系統(tǒng)模型對于以上提及的耦合電容，其大小值如圖9所示。圖9中的電容值為電機(jī)功率的函數(shù)，而電機(jī)的功率是從5馬力到900馬力(即3.7~670kw),電機(jī)的額定電壓為460v，極數(shù)為4極。圖9耦合電容與功率的函數(shù)關(guān)系5共?；芈返刃щ娐芳捌涔材ｋ妷旱那蠼飧鶕?jù)傳輸線理論，一個(gè)分布參數(shù)電路可以用具有相同輸入、輸出關(guān)系的集總參數(shù)兀網(wǎng)絡(luò)模型代替。因此，電機(jī)的分布參數(shù)電路可以用集總參數(shù)電路來等效，形成軸電壓的繞組-轉(zhuǎn)子耦合部分的電路。該電路經(jīng)簡化等效后的電機(jī)共模回路的等效電路如圖10所示。圖10電機(jī)共模回路的等效電路圖10中各個(gè)元件分別表示為：z1—旁路阻抗，表征驅(qū)動(dòng)回路中的共模電抗器、線路電抗器和電纜等的阻抗z2—電源中點(diǎn)對地阻抗；r0、10—定子的零序電阻、零序電感；csf、csr、crf—電機(jī)定子對地電容、定子與轉(zhuǎn)子間電容、轉(zhuǎn)子對地電容；rb—軸承回路電阻；cb、zb—軸承油膜的電容、油膜的非線性阻抗；usg、usg—定子繞組中點(diǎn)對地電壓、轉(zhuǎn)子繞組中點(diǎn)對地電壓。根據(jù)圖10電路可以得到定子和轉(zhuǎn)子的對地電壓，由于pwm波為非正弦電壓，計(jì)算時(shí)應(yīng)該先將其分解，然后分別求其有效值usg和urg。

其中zsg和zrg分別為圖中csf右側(cè)的等效阻抗和軸承的等效阻抗。當(dāng)計(jì)算出urg后，可以根據(jù)下式計(jì)算出軸電壓的有效值urg圖11給出了逆變器輸出端的共模電壓的實(shí)測波形。圖11usg和urg的實(shí)測波形6pwm逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的軸承電流

6.1共模電流的路徑由于csr比csf小得多，所以isf>>ib,很大一部分的共模電流是通過定子繞組與機(jī)殼之間的耦合電容csf流到大地，軸承電流僅僅是共模電流的一部分。圖12系統(tǒng)中共模電流的路徑在圖12由逆變器、電纜、電機(jī)和負(fù)載等組成的系統(tǒng)中，共模電流有四條途徑，而流過這些途徑的電流的大小主要由這些路徑的阻抗來決定。圖13不同軸承電流的大小比較⑴路徑1:定子-轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)軸一軸承 機(jī)殼一地這條路徑通過軸承，所以可能引起軸承的損壞。該電流流過軸承是以下兩種現(xiàn)象的結(jié)果。第一，在共模電壓中出現(xiàn)高dv/dt值時(shí)如果轉(zhuǎn)軸碰巧與機(jī)殼短接（比如當(dāng)滾珠與滾道接觸），此時(shí)可能有傳導(dǎo)電流流過軸承。第二，當(dāng)軸承擊穿時(shí)軸承變?yōu)楦行?，此時(shí)就會(huì)有放電電流流過。路徑1電流在電機(jī)沒有特別改裝的情況下是無法被直接測量的。（2） 路徑2:定子一轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)軸一軸承（負(fù)載）一地這條路徑和路徑1一樣是通過定子繞組到轉(zhuǎn)子繞組的電場耦合而形成。與路徑1不同的是，路徑2電流通過轉(zhuǎn)軸的連軸器流到了負(fù)載中，然后再通過負(fù)載的接地流回逆變器。因?yàn)樵撾娏髁鬟^軸承，所以可能引起軸承的損壞。另外該電流也流過電機(jī)與負(fù)載之間的連軸器，所以也有可能引起連軸器的損壞。（3） 路徑3:定子一機(jī)殼一軸承（電機(jī)）一轉(zhuǎn)軸一軸承（負(fù)載）一地這條路徑的電流是由定子繞組與機(jī)殼之間的電場耦合引起的。該電流可能損壞電機(jī)和負(fù)載的軸承，也有可能損壞電機(jī)與負(fù)載之間的連軸器。此時(shí)的電流并不從電機(jī)的機(jī)殼直接流回逆變器是因?yàn)槟孀兤鞯慕拥嘏c電機(jī)機(jī)殼接地之間的阻抗較其與負(fù)載之間的阻抗要高。需要特別說明的是，路徑3的電流也包括電機(jī)機(jī)殼與負(fù)載之間的瞬態(tài)電壓差所引起的電流。（4） 路徑4:定子一機(jī)殼（地）相對前三種路徑的電流，路徑4電流幾乎沒有引起軸承損壞的可能性，因?yàn)樵撾娏鞑⒉涣鬟^電機(jī)和負(fù)載的軸承。對上面的四個(gè)路徑電流的分析，共模電流總是沿著定子繞組分布的，這意味著這些電流是從定子繞組漏出去的，所以也可以說流入繞組的電流大過流出繞組的電流。從定子繞組漏出的電流需要返回逆變器，而任何返回的路徑都含有阻抗，這就會(huì)造成定子上的電壓升高（對地而言）。此時(shí)如果電纜的接地線與電機(jī)接觸不良，只要該電壓高到足以克服軸承的阻抗，就會(huì)形成路徑3的電流。在這四種電流中，路徑1和路徑3的電流是最有可能引起軸承損壞的。它們在數(shù)量概念上，可以從圖13看出，即軸延伸電流（路徑3電流）的大小是其它兩種路徑1電流的10~60倍，而dv/dt電流的大小，一般在幾百毫安左右。所以設(shè)置一個(gè)從定子繞組到負(fù)載的高頻低阻抗的接地連接是一個(gè)比較方便有效的減小軸電流的方法。6.2dv/dt電流與放電電流的比較根據(jù)軸承電流存在形式可知，dv/dt電流主要是由輸入的階躍電壓引起的，所以dv/dt電流的大小與逆變器的載波頻率和輸出共模電壓的上升時(shí)間有關(guān)。逆變器的載波頻率越高，一個(gè)正弦波周期內(nèi)產(chǎn)生的dv/dt電流數(shù)量也就越多。而上升時(shí)間是影響dv/dt電流幅值大小的主要原因。而放電電流產(chǎn)生的直接原因是軸電壓的存在，軸電壓幅值的大小和軸承的阻抗決定了放電電流的幅值。這個(gè)幅值大小又決定于輸入共模電壓幅值的大小和電機(jī)內(nèi)分布電容的大小。另外，放電電流還與軸承油膜的擊穿電壓有關(guān)，擊穿電壓越高，產(chǎn)生的放電電流就越大。一般而言，dv/dt電流對軸承壽命影響較小，而放電電流常使得軸承壽命大大降低。另外,電機(jī)空載時(shí)軸承的損壞程度反而比重載時(shí)嚴(yán)重，這是因?yàn)橹剌d時(shí)軸承的接觸面積增大，無形中減小了軸承電流的密度。7軸承電流的防治依照圖12所標(biāo)出的接地點(diǎn)，它們之間的阻抗在實(shí)際上是不能忽略的。如果共模電流從電機(jī)機(jī)殼返回逆變器路徑上的阻抗與通過軸承達(dá)到負(fù)載然后再返回逆變器時(shí)的路徑阻抗相同時(shí)，這就意味著兩條路徑所分得的共模電流大小相等。所以為電機(jī)機(jī)殼與逆變器之間提供一個(gè)低阻抗的共模電流通道，能夠很有效地減小流過軸承的電流，這就是為什么要求變頻器與電機(jī)之間要采用低阻抗屏蔽電纜的重要原因。研究表明，在眾多低阻抗屏蔽電纜中，連續(xù)螺紋狀鋁制電纜有最優(yōu)異的表現(xiàn)，因?yàn)殇X擁有較低的電阻和電感，所以這種電纜的高頻阻抗較小。7.1改進(jìn)電機(jī)與逆變器、電機(jī)與負(fù)載之間的高頻接地潛在最大的軸承電流分量就是從定子繞組流出通過軸承和連軸器到達(dá)負(fù)載的共模電流（如圖14所示）。創(chuàng)造一個(gè)從電機(jī)的外殼到逆變器外殼到負(fù)載外殼的低阻抗連接能夠最有效地降低這種電流。電機(jī)外殼到逆變器外殼的連接應(yīng)該通過電纜的屏蔽層和內(nèi)部的接地導(dǎo)線（如3+3結(jié)構(gòu)的3根接地線）;而電機(jī)的外殼到負(fù)載的外殼一般采用金屬帶。

圖14共模軸電流7.2負(fù)載與電機(jī)間的連軸器的絕緣隔離路徑2和路徑3都通過轉(zhuǎn)子軸和連軸器流到負(fù)載，這個(gè)電流可以通過采用絕緣的連軸器加以消除，從圖15可以看出，雖然消除了流過負(fù)載軸承的電流，但是流過電機(jī)軸承的電流卻增加了，此時(shí)電機(jī)的軸承成為耦合到轉(zhuǎn)子的電流返回逆變器的唯一途徑。圖15用絕緣連軸器消除軸延伸電流7.3對于沒有絕緣隔離層的軸承在轉(zhuǎn)軸上加裝接地電刷接地電刷可以提供一條軸電流返回逆變器的路徑，從而將電流從軸承中引出（見圖16），因?yàn)閷S延伸電流而言電刷比軸承提供了一個(gè)阻抗更小的路徑。但是，接地電刷不能消除流經(jīng)連軸器、負(fù)載軸承的電流，特別是負(fù)載外殼至逆變器外殼之間的高頻阻抗較小的時(shí)候。圖16電機(jī)驅(qū)動(dòng)端的接地電刷7.4電機(jī)一端的軸承加裝絕緣墊片電機(jī)一端的軸承如果采用絕緣隔離，則從轉(zhuǎn)軸流到地的電流和軸承之間的環(huán)流也就被阻斷了。通常絕緣墊片安裝在沒有接地電刷的那個(gè)軸承上。而將絕緣墊片安裝在有接地電刷的軸承上是不對的，因?yàn)檫@樣會(huì)加強(qiáng)流過另一端的軸承的電流。與上述方法類似的是采用絕緣軸承。目前國外的高壓電動(dòng)機(jī)，無論是滾動(dòng)軸承還是滑動(dòng)軸承，無一例外地采用軸承絕緣措施。如采用噴涂al2o3涂層，或在非軸伸端軸承座內(nèi)嵌入3mm厚玻璃纖維層壓板等。7.5接地電刷與絕緣墊片同時(shí)安裝接地電刷在通常情況下都是和絕緣墊片一起使用的。非驅(qū)動(dòng)端安裝絕緣墊片而驅(qū)動(dòng)端安裝接地電刷的示意圖如圖17。在這種情況下耦合到轉(zhuǎn)子的電流還是存在的，它沿著轉(zhuǎn)軸流入負(fù)載。不論怎樣，電機(jī)與逆變器、電機(jī)與負(fù)載的良好接地仍然是必須的。特別需要注意的是在驅(qū)動(dòng)端安裝了接地電刷后，不能在非驅(qū)動(dòng)端安裝接地電刷，因?yàn)榘惭b后將給環(huán)流提供一個(gè)低阻抗的通路，將使驅(qū)動(dòng)端的接地電刷形同虛設(shè)。圖17非驅(qū)動(dòng)端安裝絕緣墊片驅(qū)動(dòng)端安裝接地電刷在實(shí)際應(yīng)用中，對于大型交流電機(jī)和中小電機(jī)所采用的方案是不一樣的，對于大型電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端都要安裝軸承絕緣墊片，而且在驅(qū)動(dòng)端安裝接地電刷;對于中小型交流電機(jī)，可以在一端安裝軸承絕緣墊片而在另一端安裝接地電刷。7.6通過改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來防治軸電流系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的適當(dāng)改進(jìn)能夠減少軸承電流，這種改進(jìn)包括逆變器和電機(jī)兩方面。采用隨機(jī)空間向量技術(shù)通過隨機(jī)的空間向量技術(shù)去控制共模