為什么電機會出現故障？

雖然電機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，工業電機通常會遇到各種環境因素，這些因素會對電機的壽命產生不利影響。雖然污染、水分、熱量或不正確的負載肯定會導致軸承過早失效，但另一種可能導致軸承失效的現象是共模電壓。

共模電壓

目前使用的大多數電機都以跨線電壓運行，這意味著它們直接連接到進入設施的三相電源（通過電機啟動器）。隨著應用在過去幾十年中變得越來越復雜，由變頻驅動器驅動的電機變得越來越普遍。使用變頻驅動器驅動電機的好處是在應用中提供速度控制，如風扇、泵和輸送機，以及以最佳效率運行負載以節省能源。

然而，變頻驅動器的一個缺點是可能產生共模電壓，這可能是由于驅動器三相輸入電壓之間存在不平衡引起的。脈沖寬度調制（PWM）逆變器的高速切換可能會對電機繞組和軸承造成問題，使用逆變器抗尖峰絕緣系統可以很好地保護繞組，但當轉子看到電壓尖峰累積時，電流會尋找到對地電阻最小的路徑：通過軸承。

由于電機軸承使用潤滑脂進行潤滑，潤滑脂中的油形成一層膜，起到電介質的作用。隨著時間的推移，這種電介質會分解，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，這會導致軸承產生電弧，通常稱為EDM（電火花加工）。隨著時間的推移，這種持續的電弧發生，軸承座圈中的表面區域變得脆弱，軸承內部的微小金屬片可能會斷裂。最終，這種損壞的材料在軸承球和軸承座圈之間運行，造成研磨效應，從而導致結霜或溝槽（并可能增加環境噪聲、振動和電機溫度）。隨著情況逐漸惡化，一些電機可以繼續運行，根據問題的嚴重程度，電機軸承的最終損壞可能不可避免，因為損壞已經造成。

以預防為基礎

如何將電流從軸承上轉移出去呢？最常見的解決方案是在電機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用中。軸接地基本上是通過電機機架將電機旋轉轉子連接至接地的一種方式。與軸承更換相關的維護費用相比，在安裝前為電機添加軸接地裝置（或購買預裝電機）可能是一個很小的價格，更不用說設施停機的高成本。

當今行業中，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，其基本上在電機電路的旋轉和靜止部分之間提供電氣連接。市場上一種相對較新的設備是纖維刷式環形設備，這些裝置的工作方式與碳刷類似，通過在軸周圍的環內布置多股導電纖維來實現。環的外側保持靜止，通常安裝在電機的端板上，而電刷則騎在電機軸的表面上，通過電刷轉移電流并安全接地。然而，對于較大的電機（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的另一端安裝絕緣軸承，以確保轉子中的所有電壓通過接地裝置放電。

結論

變頻驅動器在許多應用中都可以節能，但如果沒有適當的接地，可能會導致電機過早故障。當試圖降低變頻驅動器應用中的共模電壓時應考慮以下三點：1） 確保電機（和電機系統）正確接地。2）確定適當的載波頻率平衡，這將最大限度地降低噪聲水平和電壓不平衡。3） 如果認為有必要安裝軸接地裝置，請選擇最適合該應用的接地裝置。

審核編輯：湯梓紅