防爆电机轴电压引起的轴承电容或放电能量的计算简介
在IEC 60079-0:2017版的17.3 bearings和附录H (Shaft voltages resulting in motor bearingor shaft brush sparking Discharge energy calculation)中,介绍了电机转轴上感应产生的电压引起放电的危害及电流、电容的计算方法。但是由于标准篇幅有限,只描述了计算方法,而对相关背景知识没有过多介绍,导致不熟悉电机的人员在看到这个条款时很茫然,无从下手。
实际电机轴电流的问题在感应电机产生之初就已经引起相关人员的注意,但这些研究主要集中在轴电流对轴承寿命的影响。如JayErdman, Russel J. Kerkman等人就在《Effect of PWM Inverterson AC Motor Bearing Currents and Shaft Voltages》中详细研究了电机轴电流的产生原理、测量方法、消除手段等,IEC60079-0:2017标准中也引用了这一文章。
但是在防爆安全领域,轴电压引起的危害还是写入标准中。
在感应电机中,由于定子绕组的电磁感应作用,对电机转子上的导体产生电磁力使转子旋转。但实际情况下,不平衡的定子绕组电磁场也会在转轴上产生感应的电压,这个电压一般较小,不足以击穿轴承的绝缘,对轴承寿命无显著影响。
随着电机及驱动技术的发展,电机功率越来越大,变频驱动技术引起的高频谐波等,导致转轴上感应的轴电压越来越大,产生的危害越来越显著,表现在机械部件上,当轴电压过大击穿轴承绝缘时,由于轴承上接触面积小,放电电流融化接触属,破坏轴承表面质量,加速轴承损坏。这种损坏通常表现为轴承滚道上搓板状的磨损;表现在电路上,电机轴、轴承的绝缘击穿,引起杂散电流放电,可能点燃环境中的质,引起爆炸事故。
由于轴电流引起损坏的轴承上搓板状磨损
目前,针对轴电流危害主要的预防措施包括:采用绝缘轴承、对轴承和轴采取绝缘措施、加强接地、增加滤波。但未考虑杂散电流的点燃危险。
在IEC60079-0:2017的附录H中,介绍了轴电压引起的轴承放电的评价要求和放电能量的计算方法。
先,对于那些轴承被防爆措施保护的电机,如隔爆外壳型或正压型电机,由于轴承安装在保护型式内,即使轴承放电,由于点燃能量仅引起外壳内部的点燃(隔爆型)或者轴承与爆炸性环境不接触(正压外壳型),而无法点燃周围环境,可以不考虑这一危害。但是对轴承无防爆措施保护的设备,如安装在隔爆外壳或正压外壳的外部、增安型电机,就需要考虑轴电压的放电危害了。
录放机中使用的永磁式防爆电机,采用电子稳速电路或离心式稳速装置。
无刷防爆电机 无刷防爆电机是采用半导体开关器件来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点,广泛应用于录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
并励防爆电机的励磁绕组与转子绕组相并联,其励磁电流较恒定,起动转矩与电枢电流成正比,起动电流约为额定电流的2.5倍左右。转速则随电流及转矩的增大而略有下降,短时过载转矩为额定转矩的1.5倍。转速变化率较小,为5%~15%。可通过消弱磁场的恒功率来调速。
水电阻和液变电阻式软启动装置,水电阻式是靠板的移动和大电流使水汽化(板表面)形成高电阻改变液体的电阻来控制启动电流(电压),而液变电阻是靠掺入杂质的多少,板的大小及大电流使板附近的水汽化产生的高电阻来控制启动
故障现象
机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热,致使三相异步电机无常运行。
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