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同步电动机轴电流分析及防范简介

同步电动机在工业生产中广泛应用，其运行稳定性直接影响设备的正常工作。然而，在实际运行过程中，常常会出现轴电流问题，给电机轴承带来严重损害，影响电机寿命和可靠性。

轴电流是指在电机转轴上产生的循环电流，通常由电机磁场不对称、供电电源谐波或变频器使用等原因引起。这些电流通过轴承形成回路，造成电腐蚀现象，表现为轴承表面出现点蚀、凹槽、磨损等，进而引发振动、噪声甚至轴承失效。

产生轴电流的主要原因包括：定子与转子磁路不对称、逆变器供电产生的高频共模电压、以及接地不良等因素。尤其在采用变频器驱动的同步电动机系统中江苏省现行专业计价定额材料含税价调整表，PWM调制方式容易产生高频电压分量，加剧轴电流的形成。

针对轴电流的危害，应采取有效防范措施。首先，可在电机设计阶段采用绝缘轴承或陶瓷轴承，切断电流回路；其次，在电机非驱动端加装接地碳刷，将轴电流引出至地线，避免流经轴承；此外，优化供电系统的控制策略，如降低开关频率、采用共模扼流圈等方式，也有助于减少轴电流的产生。同时，定期检测电机轴电压和轴承状态，有助于及时发现潜在问题。

综上所述，轴电流是影响同步电动机安全运行的重要因素。通过合理设计、选型及运行维护，可以有效抑制轴电流，延长电机使用寿命，保障设备稳定运行。

图一 MQY3660溢流型球磨机平面布置图

故障现象：如图一，断开空气离合器，同步电机空载运行4小时，电机负荷端轴瓦温度从31℃升高至49℃；合上空气离合器，球磨机空负荷运行2小时后，电机轴瓦温度升高至75℃。停机对负荷端轴瓦进行检查，发现瓦面巴士合金熔化，两侧出现深沟槽痕迹。电机生产厂家认为故障原因是轴瓦研刮质量不过关，屡次重新刮瓦后继续试运行，结果负荷端或非负荷端轴瓦都出现了烧瓦故障，瓦面受损现象与初始烧瓦情况相同。

1 故障原因分析及处理：

1.1安装和检修质量问题

1.1.1 同步电机轴瓦刮研质量

1.1.2 同步电机与球磨机传动部的相互位置精度

如图一，在安装同步电机时，必须保证同步电机主轴与球磨机传动轴的同轴度，这是保证同步电机轴瓦与轴颈在运转时有良好接触状态的关键。用百分表测量空气离合器的平行度误差和倾斜度误差来判断同轴度，平行度误差不能超过0.254mm，倾斜度误差不能超过0.615mm。对同步电机按以上技术要求进行重新安装，故障仍未消除。

用塞尺仔细测量转子与定子之间的气隙发现，纵向气隙为4.7毫米，水平方向气隙为2.4毫米；同时，检测发现电机定子和转子不在同一轴线上，转子与定子的中心线略有偏差，偏差量约1～2毫米；故怀疑是轴电流引发的故障。为确认故障原因，检查电机轴承座和轴承支架处的绝缘隔板，发现绝缘隔板部分损坏。故，认定是轴电流导致轴瓦烧损。处理办法：在同步电机非轴伸端的轴承座和轴承支架处加装绝缘垫层，并对连接轴承座与轴承支架的螺栓进行绝缘处理；同时，在电机的非负荷端轴上安置电刷，并用35mm2铜导线接地连接。再次试车，电机正常运行，故障解除。

2 产生轴电流的原因

2.1 磁路不对称导致磁通脉动产生感应电动势。

转子旋转时，由于磁阻随转子位置改变而不同，所以磁通总量就会产生周期性的变化，即磁通是脉动的。

a b

图二 定子与转子之间的气隙不均匀引起的磁通脉动

下面以本同步电动机定子与转子之间的气隙不均匀为例说明，如图二所示，位置a表示水平方向的磁通量，位置b表示垂直方向的磁通量。通过某位置的磁通量的大小与该处的磁阻成反比，而磁阻：就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关。由于空气的磁阻远远大于铁磁性导体，所以我们可以认为位置a和位置b处的铁磁性磁阻是相同的，影响磁通的关键因数是转子与定子之间的气隙磁阻。气隙的磁阻很大，实测位置a处（水平方向）气隙为2.4毫米左右，较位置b处（垂直方向）的气隙4.7毫米左右小，磁阻相对较小，通过该处的磁力线较多；当转子旋转在位置b处时，由于气隙较大，磁阻增大，通过该处的磁力线较少。所以，整个定子内的总磁通是不同的，也就是说，磁通总量随着位置的不同而不停变化，造成磁通脉动。在这种情况下，电机轴上就会产生感应电势，由于转子在不停地旋转，所以这种轴电压是交变的。

2.2 轴中心与磁场中心不一致也会产生脉动磁通。

定子和转子不在同一轴线上，转轴偏离磁场中心位置，也必定会产生轴电压。实测本同步电机转子与定子的中心偏差量约1.5毫米，所以此因素也是同步电机存在轴电压的主要原因之一。

2.3 供电系统的振荡或扰动产生轴电压。

由于供电系统的震荡或扰动使得电动机的电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。矿业分公司的所有用电均由本公司的110KV变电所提供，其中给选矿部分供电的两个6KV变电站没有装设无功补偿装置，就地无功补偿全靠同步电动机运转时来实现。选矿部分的负荷除10台球磨同步电动机外，其余基本上全是异步电动机，200KW以下的异步电动机都装配有变频装置，变频器大都采用PWM脉宽调制，导致调速驱动系统中高频谐波成份增多。我们用示波器检测发现系统电压波形畸变比较严重。由此表明系统电压含大量的较高次的谐波分量，所以系统电压的影响也是产生轴电压的原因之一。

2.4 同步电机的一些固有结构特性决定了其在运转时必定会产生轴电压。如定子铁心组合缝、定子硅钢片接缝等因素在电机制作过程中是不可避免的，也会造成脉动磁通和产生轴电压。

2.5 另外在一些特殊情况下，同步电机同样会产生轴电压。如由于绕组匝间短路而出现不对称、转子断条、非全相运行等故障同样会造成气隙空间谐波磁场分布畸变，从而产生轴电压。

如果电机主轴两端轴承座上没有绝缘垫或固定轴承座的螺栓未经绝缘处理，这个轴电压就会通过电机两端轴承支架、轴承座形成电流回路，进而产生回路电流，这个电流就叫轴电流。

3.1 同步电机在运行时，存在一定的轴电压，但只要轴承座上的绝缘层没有破坏，绝缘电阻是足够大的，加之轴颈与轴承之间还存在一层油膜也有一定的绝缘电阻，所以轴电流是非常非常小的。即正常运行情况下，轴电压不会在同步电动机轴——轴瓦——轴承座之间形成回路，轴电流是可以忽略不计的。对于较小的轴电流，是不会对电机的轴和轴瓦造成破坏的。

3.2 在同步电机轴承座上的绝缘垫层被破坏的情况下，轴电压会在同步电动机轴——轴瓦——轴承座之间形成回路，轴电流将从轴瓦和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，所以这些点的电流密度大，在瞬间产生高温，使轴瓦局部烧熔，被烧熔的轴瓦合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴瓦内表面上烧出凹坑。一般由于转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金的高，通常表现出来的症状是轴瓦内表面出现条块状金属融化痕迹。此时，轴瓦已经受到严重伤害，如不及时停机处理将会导致轴瓦烧毁，甚至酿成更严重的设备事故。

轴电压对电机是没有损害的，只有形成较强的轴电流才会对轴承、转轴造成破坏，轴电流的形成需要同时具备两个条件：

① 轴、轴瓦、轴承机座形成一个闭合回路；

②轴、轴瓦与轴承基座之间存在电位差，即轴电压。上述两个条件只要一个条件不具备，就不会产生轴电流。通常采用以下两种方法防止轴电流。

4.1 切断轴电流的回路

为防止磁不平衡等原因产生轴电流，往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，并对轴承支架的固定螺栓进行绝缘处理,以隔断轴电流的通路以切断轴电流的回路。

在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为大地的电位即零电位，以此消除轴电流。

轴电流的存在对轴承的使用寿命具有较大的破坏性，检修、操作人员应根据现场的实际运行情况，采取预防措施、加强监视和维护，确保电机轴承座与支架之间绝缘良好以及接地碳刷与转轴的紧密结合和可靠接地，从而从根本上解决轴电流的危害，为同步电机安全经济运行提供保证。

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作者简介：廖 勇2012浙s15 塑料排水检查井，男，1975年生，1998年毕业于中国矿业大学，南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司从事电气技术工作，工程师。

康承希，男，1979年生，2004年毕业于河南理工大学，南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司从事机械技术工作，工程师。