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风机电机轴承发热原因分析和应对措施

阅读:518 时间:2015-01-04

  加热炉鼓风机电机由变频器驱动,运行中遇到负荷端轴承发热的问题。两台鼓风机电机在工作半年以内都出现电机负荷端轴承严重发热的现象,轴承内润滑脂熔化,很短时间后轴承抱死,电机堵转跳闸,致使加热炉停炉,给生产造成很大影响。将电机退下后检查,发现轴承盒内已无润滑脂,轴承发热变黑,内外套上有搓衣板样的条形烧蚀条纹。根据这些情况我们判断轴承电流是电机负荷端轴承发热的主要原因。

  1 轴承电流产生原因及危害

  在感应电动机中,电机的轴承电流是始终存在的。正弦波电源驱动下,因电机定转子齿槽尺寸的偏差,磁性材料定向属性的改变,或者供电电源三相不平衡等原因,都会引起电机磁通的不平衡,在转子轴上产生轴电压和轴承电流。这种轴承电压幅值较小,危害不大。在变频器驱动下,因产生原理的不同,电机轴承电流的危害大大增加。通用变频器多采用PWM调制方式,逆变回路用高频功率元件(如IGBT等),在电机上得到近似正弦的电压波形。三相电压基波分量的合成矢量为零,但实际上每一瞬间三相电压矢量和不为零,三相电压是不平衡的。该合成共模电压幅值等于变频器直流侧电压,频率等于逆变器开关频率。该共模电压经定转子之间的静电电容耦合在转子轴上也产生相同频率的轴电压,通常变频器逆变侧载波频率很高,在10kHz以上,过高的频率和定子、电缆相感应,产生很高的dv/dt前后沿,加大波形畸变。由于静电耦合,电机各部分之间有大小不等的分布电容,构成电机的零序回路,其中流经轴承的对地放电就形成轴承电流。正常状态下,轴承滚珠悬浮在润滑脂形成的油膜中,润滑油膜起到绝缘作用,当油膜因某种原因被破坏或过高的dv/dt轴承电压都会击穿油膜形成放电,放电电流在轴承内外圈和滚珠上形成烧蚀,长时间运行会发展成延轴承内外圈一周的象搓衣板样的条纹,并升高轴承温度,溶化润滑脂,更加劣化轴承的运行。

  2 共模电流的路径

  由于静电耦合,电机各部分间都有或大或小的分布电容,构成电机定子上共模电流的泄放路径。大部分共模电流经定子—机壳—地—变频器外壳这一路径,一小部分经定子—转子—转轴—轴承—机壳—地—变频器外壳这一路径。当变频器接地与电机外壳间阻抗高于变频器外壳与负载间阻抗时还会产生轴延伸电流,经定子—机壳—转轴—负荷端轴承(电机)—联轴器—轴承(负载)—地—变频器外壳这一回路泄放,不但危害电机负荷端轴承,还会危害负载轴承和联轴器。后两路共模电流流经电机轴承,造成危害并以第二种途径危害更大。

  3 常见的轴承电流抑制措施

  有多种方法抑制轴承电流,如在变频器输出侧加装正弦波滤波器,改善输出电流波形;将电机一端的轴承做绝缘处理,截断流经电机转轴和轴承的环流;在电机输出轴上安装接地碳刷,抑制经负荷接地的轴延伸电流等等。这多种方式能抑制相应的。

  4 风机负荷端轴承损坏过程分析

  基于以上的轴承电流形成原理,并结合电机的运行情况,我们分析负荷端轴承的损坏失效是一个过程,轴承电流是主要原因,同时机械震动、润滑脂消耗等是次要原因,促成轴承电流的形成,并一定程度上加重了危害。风机电机投用后,由于轴承间隙均匀,润滑充分,润滑油膜均匀,轴承电流还不构成很大威胁,随着润滑脂的消耗,负荷端的震动加大首先导致负荷端轴承间隙加大,轴承电压击穿放电严重,轴承电流增大,使得负荷端轴承内道出现电烧蚀,温度升高,润滑脂液化,直到轴承磨损严重,发热烧损。所以,我们认为应采用综合治理,以多种方法减少和抑制轴承电流。而绝缘轴承等方法由于实施难度较大暂不考虑。

  5 应对措施及实际效果

  我们采取了以下措施,减少轴承发热烧损电机的现象。

  (1)对电机和负荷重新找正,浇注电机安装平台基础,加大地脚板厚度,提高电机地脚的刚度,减少运行时的震动;

  (2)在电机负荷端轴承上使用在线注脂设备(易力润Easylube),该设备可用螺丝固定在负荷端轴承的注脂孔上。它采用锂电池供电,用微电脑芯片和专用检测设备控制内部的马达,经齿轮组驱动螺杆及压板,推挤活塞,按设定的周期,将油杯内润滑脂分配到每天,定时定量的注入轴承内,很好的改善润滑。据实测,同样条件下,使用在线注脂后,负荷端轴承温度下降了7℃。我们还根据电机轴承润滑脂的消耗情况,设定不同的周期:新电机,新轴承,环境温度不高就设定周期长些;电机已长期运行,轴承磨损或环境温度较高的设定周期短些。这样灵活使用,可有效的保证轴承有充足的润滑,避免润滑脂消耗后形成恶性循环;

  (3)将电机外壳和负荷机械设备用10mm2以上铜电缆相连后接地,使之与变频器外壳和经接地线相接,三者在相等的电位上。这样,可有效减少流经电机定子-机壳-电机负荷端轴承-转轴-负载侧轴承-地这一回路的轴延伸电流,减少负荷端轴承发热;

  (4)在变频器输出侧加装dv/dt滤波器,减少变频器输出电流中的波形畸变,提高电机和电缆的寿命,降低dv/dt尖峰电压,减少轴承的dv/dt尖峰电压击穿,从而抑制轴承电流的产生;

  (5)缩短电机轴承维护周期,每运行满4000小时(约6个月),退下电机,解体后检查轴承磨损情况,能使用的经彻底清洗注脂后使用,磨损严重的及时更换。

  6 结语

  经综合施行以上措施,电机运行平稳、润滑充分,电机轴承温升控制在可接受的范围,轴承发热导致电机跳闸的设备故障不再出现,给加热炉的生产创造良好条件。

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