电动机在我们的日常生活中发挥着至关重要的作用——我们生活、工作和娱乐的地方。简单地说，他们几乎让所有移动的东西都移动。近 70% 的工业用电用于电动机系统。

大约75%的工业电机用于运行泵、风扇和压缩机，这是一类极易提高效率的机械2.这些应用程序通常始终以恒定速度运行，即使在不需要时也是如此。这种持续运行会浪费能源并产生不必要的一氧化碳2排放，但通过控制电机的速度，我们可以降低功耗，节约能源并减少对环境的影响。

控制电机速度的一种方法是使用变速驱动器 （VSD），这是一种通过改变提供给电机的频率和电压来调节电机转速的装置。通过控制电机的速度，驱动器可以降低功耗（例如，将旋转设备速度降低 20% 可以降低大约 50% 的输入功率需求3），并在电机的整个生命周期内显著改善过程控制并节省大量运营成本。

尽管变频器在许多应用中可用于节省能源，但如果接地不当，它们可能会导致电机过早失效。虽然电机故障的原因有很多，但使用驱动器时最常见的问题是共模电压引起的轴承故障。

共模电压造成的损坏

在三相交流系统中，共模电压可以定义为驱动器的脉宽调制功率造成的三相之间的不平衡，或者电源接地和三相负载中性点之间的电压差。这种波动的共模电压在电机轴上静电感应电压，并且该轴电压可以通过绕组或轴承放电。现代工程设计、相绝缘和逆变器防尖峰线有助于保护绕组;然而，当转子看到电压尖峰的积聚时，电流会寻求对地电阻最小的路径。在电动机的情况下，该路径直接穿过轴承。

由于电机轴承使用润滑脂进行润滑，因此润滑脂中的油会形成一层薄膜，充当电介质，这意味着它可以在不传导的情况下传递电力。但随着时间的流逝，这种电介质会分解。如果没有润滑脂的绝缘性能，轴电压将通过轴承放电，然后通过电机的外壳，实现电气接地。这种电流运动会导致轴承产生电弧，通常称为电火花加工 （EDM）。随着时间推移，这种持续的电弧会发生，轴承座圈中的表面积会变脆，轴承内部的微小金属片会脱落。最终，损坏的材料在轴承的滚珠和滚道之间起作用，产生磨削效应，从而产生微米级的点蚀（称为结霜）或轴承滚道中的搓板状脊（称为凹槽）。

随着损坏逐渐恶化，一些电机可以继续运行，而不会出现任何明显的问题。轴承损坏的第一个迹象通常是由于轴承滚珠在凹陷和结霜区域上移动而发出的噪音。但是，当这种噪音发生时，损害通常已经变得足够大，以至于故障迫在眉睫。

以预防为基础

工业应用通常不会在变速电机上遇到这些轴承困难，但在某些安装中，例如商业建筑和机场行李处理，并不总是提供可靠的接地。在这些情况下，必须使用另一种方法将电流从轴承上转移出去。最常见的解决方案是在电机轴的一端添加轴接地装置，特别是在共模电压可能更普遍的应用中。轴接地本质上是一种通过电机框架将电机的转子接地到接地的方法。与与轴承更换相关的维护成本标签相比，在安装前为电机添加轴接地装置（或购买预装了一台电机的电机）可能是一个很小的代价，更不用说设施停机的高成本了。

当今工业上常见的轴接地装置有几种类型，如碳刷、环式纤维电刷和接地轴承隔离器等，其他保护轴承的方法也可用。

碳刷已经使用了 100 多年，类似于直流电机换向器上使用的碳刷。接地电刷在电机电路的旋转部分和静止部分之间提供电气连接，并将电流从转子带到地面，这样电荷就不会在转子上积聚到通过轴承放电的点。接地电刷提供了一种实用且经济的方法，可提供低阻抗接地路径，特别是对于较大的框架电机;但是，它们并非没有缺点。与直流电机一样，由于与轴的机械接触，电刷会磨损，并且无论电刷架的设计如何，都必须定期检查组件，以确保电刷和轴之间的正确接触。

轴接地环的工作原理类似于碳刷，但它们包含多股导电纤维，这些纤维排列在轴周围的环内。环的外侧通常安装在电机的端板上，保持静止，而电刷则骑在电机轴的表面上，引导电流通过电刷并安全地接地。轴接地环可以安装在电机内部，使其可用于冲洗工况和脏污工况电机。然而，没有一种轴接地方法是完美的，安装在外部的接地环往往会在其刷毛上收集污染物，这可能会降低其有效性。

接地轴承隔离器结合了两种技术：一个由两部分组成的非接触式隔离屏蔽，采用迷宫式设计来防止污染物进入，以及金属转子和隔离导电灯丝环，用于将轴电流从轴承上转移出去。由于这些装置还可以防止润滑剂损失和污染，因此它们取代了标准轴承密封件和传统的轴承隔离器。

防止电流通过轴承放电的另一种方法是用非导电材料制造轴承。在陶瓷轴承中，陶瓷涂层滚珠通过防止轴电流通过轴承流向电机来保护轴承。由于没有电流流过电机轴承，因此电流引起的磨损的可能性很小;但是，电流将寻求一条接地路径，这意味着它将通过附加设备。由于陶瓷轴承不会从转子中去除电流，因此对于带有陶瓷轴承的电机，建议仅使用特定的直接驱动应用。其他缺点是这种电机轴承的成本以及轴承通常只能提供最大尺寸为 6311 的事实。

在大于 100 马力的电机上，通常建议在安装轴接地装置的电机的另一端安装绝缘轴承，无论使用哪种类型的轴接地。

三、变速驱动器安装技巧

在变速应用中尝试降低共模电压时，维护工程师需要考虑以下三个因素：

1. 确保电机（和电机系统）正确接地。
2. 确定适当的载波频率平衡，这将最大限度地减少噪声水平和电压不平衡。
3. 如果认为有必要使用轴接地装置，请选择最适合应用的接地装置。

当存在轴承电流时，没有一种适合所有的解决方案。对于客户、电机和驱动器供应商来说，共同为特定应用确定最合适的解决方案至关重要。

持续维护的状态监测

持续维护是防止灾难性故障和计划外停机的关键。可安装智能传感器，安装在任何电机上，以远程监控电机的健康状况。传感器从设备表面测量关键参数，可用于获得有关其状况和性能的有意义的信息。警报有助于识别未来电机故障的潜在原因。