一种廉价的方法接地电机轴转移有害的vfd感应电流保护电机轴承，增加电机寿命，提高系统可靠性。
随着能源成本的上升，越来越多的变频驱动器(vfd)被用于运动和速度控制。它们效率很高，但它们在电机轴上感应的电流会对轴承造成严重破坏，从而大大缩短电机寿命并降低系统可靠性。为了减轻这些电流并充分发挥变频器的潜力，一种经济有效的竖井接地方法是必不可少的。
定义潜在的问题
在典型的变频器中，可控硅或二极管将交流输入转换为直流(dc)。滤波器平滑电流波形，脉宽调制(PWM)逆变器用绝缘栅双极晶体管(igbt)将其转换为可变交流。典型的输出开关频率为2 ~ 12khz。变频器可以在恒转矩应用中直接驱动一个或多个电机，以确保它们不会使用超过必要的功率。通过编码器反馈，变频器还可以通过根据编程参数调节电机的电压和频率来控制电机的速度。
VFD波形包含与电机轴电容耦合并通过轴承放电的高频分量。它们是非正弦的，包含高频电流和称为谐波的电压。即使电机是为逆变器设计的，它也容易受到vfd感应电流的轴承故障的影响。
如果没有某种形式的缓解，这些轴电流或涡流通过轴承放电到地面，造成点蚀、熔合坑和“凹槽”。这会导致轴承噪音过大，轴承过早失效，以及随后的电机故障。
当用触碰轴的示波器探头测量时，感应轴电流显示为共模电压。
除非这些轴电流大大减少或消除，否则电机永远不会与驱动它们的变频器完全兼容。显然，如果电机因轴承损坏而发生故障，那么变频器在许多应用中所节省的大量成本将不复存在。有大量证据表明，vfd引起的轴承损伤是一个巨大且日益严重的问题。考虑一下:
•大多数电机轴承持续10万小时，但由变频器控制的电机可能在一个月内(720小时)失效。
•一位暖通空调承包商最近报告说，他在一个大型建筑项目中安装的所有vfd控制的30至60马力叶片轴流风扇电机在一年内全部失效(其中两台在6个月内失效)。维修费用总计超过11万美元。
•接受调查的几家大型纸浆和造纸公司指出，他们工厂使用的变频器控制的交流电机通常在六个月内因轴承损坏而失效。
•美国最大的电机制造商将消除与驱动相关的电机故障列为其最大的工程挑战。
当驱动电机不是为变频器设计的，或者电机或变频器的额定不适合应用或负载时，也会出现各种其他负面影响。例如，当需要保持恒定的扭矩时，电机往往会失去一些效率，并且在较低的速度下运行更热，但在vfd控制时更热。如果这样的电机必须以低于其最大速度的30%的速度运行，则可能需要额外的冷却或热保护。同样，与使用纯正弦波功率的电机相比，vfd控制的电机在较低电机速度下产生扭矩的能力下降得更快。对于恒转矩负载，变频器应在负载的150%下额定工作60秒。变频器的额定电流也限制了负载加速度。
在扫描电子显微镜下观察，新的轴承座壁表面相对光滑。然而，在vfd驱动的电机中，轨迹最终会在滚珠轴承接触壁面的地方形成。在没有放电的情况下，墙壁上除了机械磨损什么都没有。如果没有适当的接地，vfd引起的放电会迅速破坏赛跑墙。
频繁的放电使轴承圈产生凹坑，这通常被称为结霜。在几乎每一个VFD循环中，感应电流从电机轴通过轴承放电到车架，并在球轴承和轴承滚道壁上产生小的熔合坑。损坏最终导致轴承噪声，但当这种噪声明显时，轴承故障往往迫在眉睫。
产生的凹槽量来自变频器的工作频率。这导致沿轴承座壁集中的点蚀形成搓板状的脊。凹槽会造成过大的噪音和振动。在暖通空调系统中，噪音可能会被放大，并通过管道系统传播到整个建筑物。
另一个经验法则是，连接变频器与电机的电缆不应超过50英尺长，或者两种不同的波类型可以在电机端子处相遇，并有效地使电机电压加倍。如果需要更长的电缆，刚性导管和额外的线路滤波可以保护电机和附近的其他敏感设备免受谐波和射频干扰(RFI)。无论其长度如何，变频器与其调节的电机或电机之间的电缆都可以封装在波纹铝护套或另一种接地的低阻抗屏蔽中。
轴承损坏
每个变频器控制的交流电机在定子和转子之间产生寄生电容。在不拆卸电机的情况下，通过测量振动和电压来检查感应轴电流对轴承的损坏。两者都需要特殊的设备和经验丰富的人员来进行测试和分析结果。这两种方法最好用于建立初步基线，以便以后监测趋势。
当振动测试通过识别2至4 kHz范围内的特定能量峰值来确认轴承损坏时，损坏通常已达到“凹槽”阶段。高载波频率意味着高放电率，因此购买允许载波频率微调的变频器，其增量不大于1khz。一般来说，保持频率尽可能低，不高于6khz。
同样，电压测试的主要好处可能是当结果表明轴承没有损坏时，它们提供的缓解。如果在安装变频器后立即进行基线电压测量，则后续测试可能会提供有害电流回路的早期预警，但存在许多变量。预测轴承损坏并不是一门精确的科学。
用示波器探头测量的电压可以看到在转子上反复建立到某个阈值，然后沿着最小电阻的路径以短脉冲放电，这通常通过电机的轴承到框架(地)。严重的轴承损坏可能更有可能在高载波频率、恒定速度或接地不足的系统中运行。
如果没有某种形式的缓解，vfd诱导的轴电流(显示在顶部示波器屏幕上)可能会造成相当大的电机轴承损坏。底部的屏幕显示了AEGIS SGR™如何有效地减少这些电流，以及通过将它们安全地引导到地面而造成的损害。其正在申请专利的电子传输技术™使用电离原理来提高电子传输速率，并促进高频轴电流的极有效放电。
减少轴承损坏
交流电机轴承的电气损坏通常在启动时开始，随着时间的推移逐渐恶化，然后轴承最终失效。为了防止这种情况，感应电流必须通过绝缘、屏蔽或接地通道从轴承转移。这些方法的成本和效果各不相同。
绝缘电机轴承是一个部分的解决方案，往往不是转移到其他地方的问题。由于绝缘的阻挡，竖井电流寻找另一条通往地面的路径。附加设备，如泵，通常提供这条路径，并且经常以轴承自身损坏而告终。此外，绝缘材料相对昂贵且容易受到污染。更糟糕的是，某些类型的绝缘可能会完全弄巧成拙:在某些情况下，绝缘层对高频vfd感应电流有电容效应，并让它们传递到它应该保护的轴承上。
除了绝缘，考虑以下可能的解决方案:
•法拉第屏蔽可以在定子和转子之间用接地的导电材料(如铜箔或油漆)制成。这可以阻止大多数有害的电流跳过电机的气隙，但它往往是昂贵的和难以实现的，并且附加的设备可能仍然容易受到偏转电流。
这是一个AEGIS SGR与NEMA适配器板。静电技术保证正确安装SGR的任何新电机(高达100HP/75kw)不会因电槽损坏轴承而失效。
•不导电陶瓷球轴承从主电机的轴承分流电流，但也留下附加的设备开放的损坏自己。陶瓷轴承价格昂贵，通常必须调整尺寸以处理机械静态和动态负载。
•轴承中的导电油脂可以通过这种低阻抗排出电流。然而，在实践中，润滑脂中的导电颗粒增加了机械磨损。
•金属接地刷与电机轴接触，提供了另一种接地途径，但它们会磨损、腐蚀，需要定期维护。
•可选择的接地放电路径优于绝缘，因为它们可以中和轴电流。这些技术在成本范围内，有时只能选择性地应用，这取决于电机尺寸或应用。理想的解决方案将提供一个有效的、低成本的、非常低电阻的从轴到框架的路径，并且可以广泛应用于所有VFD/ac电机应用。这提供了最大程度的轴承保护和最大的投资回报。
当在小型电机上安装单个SGR时，电机的驱动端是首选位置。AEGIS SGR有两种版本，一种是连续环，适用于大多数NEMA和iec框架电机，另一种是开环设计，允许在较大的轴周围安装，而无需拆卸附加设备。每个NEMA或IEC型号SGR都包含安装适配器，便于将设备安装在具有轴肩，吊带，轴承帽或端钟突起的电机上。在指定带有两个陶瓷轴承的电机的关键应用中，应至少使用一个SGR，以确保轴电压不会沿线路传递到附加设备，如齿轮箱，泵，编码器，枕块轴承或断路器电机。
对于大多数较大的电机，通过在轴的驱动端安装SGR和在非驱动端安装绝缘，可以获得最佳的轴承保护。
以上所有方法都在一定程度上起作用，但最有效的解决方案来自静电技术公司的AEGIS SGR轴承保护环™，该环采用特殊导电微纤维设计。该环重定向轴电流，并提供一个可靠的，非常低的阻抗路径从轴到框架，完全绕过电机轴承。
AEGIS SGR可扩展到任何NEMA或IEC电机，无论轴尺寸，马力或应用。它们用于发电机，燃气轮机，交流牵引和断路器电机，洁净室电机，HVAC系统以及其他工业和商业应用。
对于配备变频器的电机，功率小于100马力(75千瓦)，轴径小于2英寸。(50mm)，电机轴驱动端上的单个SGR通常足以转移轴电流。大型交流电机(100hp/75kW或以上)，甚至大型直流电机，特别是轴径大于2英寸的电机。，更有可能具有高频循环电流和放电，从而损坏轴承。带滚子轴承的电机也更容易受到循环电流的影响，因为它们的表面积更大，润滑层通常更薄。这种电机得益于驱动端SGR和非驱动端绝缘的组合，以打破循环电流路径。由于编码器、风扇或其他功能，在非驱动器端安装SGR也可能是不切实际的。
对于一些较大的电机，建议使用两个sgr。
SGR也是500马力(375kW)以上电机的通用解决方案，大多数制造商已经采用了这种方法。但是，当驱动端绝缘未设计到电机中或不易安装时，建议使用两个sgr -一个在驱动端(DE)，一个在非驱动端(NDE)。
安装了安装板和隔离柱(垫片)的SGR特写。
安装后，SGR无需维护。与传统的轴接地刷不同，它的导电微纤维几乎没有摩擦或磨损。它们不受污垢，油脂或其他污染物的影响，并且无论电机速度如何，都可以持续使用电机的寿命。试验结果表明，表面磨损小于0.001 in。每10000小时连续运转，2500万次换向后无纤维断裂。
了下:驱动器(ac) +变频器+启动器，驱动器(直流)，电子学•电气，运动控制•电机控制，电机•交流，电机•直流
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