電動機在我們的日常生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用——我們生活、工作和娛樂的地方。簡單地說，他們幾乎讓所有移動的東西都移動。近 70% 的工業(yè)用電用于電動機系統(tǒng)。

大約75%的工業(yè)電機用于運行泵、風(fēng)扇和壓縮機，這是一類極易提高效率的機械2.這些應(yīng)用程序通常始終以恒定速度運行，即使在不需要時也是如此。這種持續(xù)運行會浪費能源并產(chǎn)生不必要的一氧化碳2排放，但通過控制電機的速度，我們可以降低功耗，節(jié)約能源并減少對環(huán)境的影響。

控制電機速度的一種方法是使用變速驅(qū)動器 （VSD），這是一種通過改變提供給電機的頻率和電壓來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的裝置。通過控制電機的速度，驅(qū)動器可以降低功耗（例如，將旋轉(zhuǎn)設(shè)備速度降低 20% 可以降低大約 50% 的輸入功率需求3），并在電機的整個生命周期內(nèi)顯著改善過程控制并節(jié)省大量運營成本。

盡管變頻器在許多應(yīng)用中可用于節(jié)省能源，但如果接地不當，它們可能會導(dǎo)致電機過早失效。雖然電機故障的原因有很多，但使用驅(qū)動器時最常見的問題是共模電壓引起的軸承故障。

在三相交流系統(tǒng)中，共模電壓可以定義為驅(qū)動器的脈寬調(diào)制功率造成的三相之間的不平衡，或者電源接地和三相負載中性點之間的電壓差。這種波動的共模電壓在電機軸上靜電感應(yīng)電壓，并且該軸電壓可以通過繞組或軸承放電?，F(xiàn)代工程設(shè)計、相絕緣和逆變器防尖峰線有助于保護繞組;然而，當轉(zhuǎn)子看到電壓尖峰的積聚時，電流會尋求對地電阻最小的路徑。在電動機的情況下，該路徑直接穿過軸承。

由于電機軸承使用潤滑脂進行潤滑，因此潤滑脂中的油會形成一層薄膜，充當電介質(zhì)，這意味著它可以在不傳導(dǎo)的情況下傳遞電力。但隨著時間的流逝，這種電介質(zhì)會分解。如果沒有潤滑脂的絕緣性能，軸電壓將通過軸承放電，然后通過電機的外殼，實現(xiàn)電氣接地。這種電流運動會導(dǎo)致軸承產(chǎn)生電弧，通常稱為電火花加工 （EDM）。隨著時間推移，這種持續(xù)的電弧會發(fā)生，軸承座圈中的表面積會變脆，軸承內(nèi)部的微小金屬片會脫落。最終，損壞的材料在軸承的滾珠和滾道之間起作用，產(chǎn)生磨削效應(yīng)，從而產(chǎn)生微米級的點蝕（稱為結(jié)霜）或軸承滾道中的搓板狀脊（稱為凹槽）。

隨著損壞逐漸惡化，一些電機可以繼續(xù)運行，而不會出現(xiàn)任何明顯的問題。軸承損壞的第一個跡象通常是由于軸承滾珠在凹陷和結(jié)霜區(qū)域上移動而發(fā)出的噪音。但是，當這種噪音發(fā)生時，損害通常已經(jīng)變得足夠大，以至于故障迫在眉睫。

工業(yè)應(yīng)用通常不會在變速電機上遇到這些軸承困難，但在某些安裝中，例如商業(yè)建筑和機場行李處理，并不總是提供可靠的接地。在這些情況下，必須使用另一種方法將電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去。最常見的解決方案是在電機軸的一端添加軸接地裝置，特別是在共模電壓可能更普遍的應(yīng)用中。軸接地本質(zhì)上是一種通過電機框架將電機的轉(zhuǎn)子接地到接地的方法。與與軸承更換相關(guān)的維護成本標簽相比，在安裝前為電機添加軸接地裝置（或購買預(yù)裝了一臺電機的電機）可能是一個很小的代價，更不用說設(shè)施停機的高成本了。

當今工業(yè)上常見的軸接地裝置有幾種類型，如碳刷、環(huán)式纖維電刷和接地軸承隔離器等，其他保護軸承的方法也可用。

碳刷已經(jīng)使用了 100 多年，類似于直流電機換向器上使用的碳刷。接地電刷在電機電路的旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分之間提供電氣連接，并將電流從轉(zhuǎn)子帶到地面，這樣電荷就不會在轉(zhuǎn)子上積聚到通過軸承放電的點。接地電刷提供了一種實用且經(jīng)濟的方法，可提供低阻抗接地路徑，特別是對于較大的框架電機;但是，它們并非沒有缺點。與直流電機一樣，由于與軸的機械接觸，電刷會磨損，并且無論電刷架的設(shè)計如何，都必須定期檢查組件，以確保電刷和軸之間的正確接觸。

軸接地環(huán)的工作原理類似于碳刷，但它們包含多股導(dǎo)電纖維，這些纖維排列在軸周圍的環(huán)內(nèi)。環(huán)的外側(cè)通常安裝在電機的端板上，保持靜止，而電刷則騎在電機軸的表面上，引導(dǎo)電流通過電刷并安全地接地。軸接地環(huán)可以安裝在電機內(nèi)部，使其可用于沖洗工況和臟污工況電機。然而，沒有一種軸接地方法是完美的，安裝在外部的接地環(huán)往往會在其刷毛上收集污染物，這可能會降低其有效性。

接地軸承隔離器結(jié)合了兩種技術(shù)：一個由兩部分組成的非接觸式隔離屏蔽，采用迷宮式設(shè)計來防止污染物進入，以及金屬轉(zhuǎn)子和隔離導(dǎo)電燈絲環(huán)，用于將軸電流從軸承上轉(zhuǎn)移出去。由于這些裝置還可以防止?jié)櫥瑒p失和污染，因此它們?nèi)〈藰藴瘦S承密封件和傳統(tǒng)的軸承隔離器。

防止電流通過軸承放電的另一種方法是用非導(dǎo)電材料制造軸承。在陶瓷軸承中，陶瓷涂層滾珠通過防止軸電流通過軸承流向電機來保護軸承。由于沒有電流流過電機軸承，因此電流引起的磨損的可能性很小;但是，電流將尋求一條接地路徑，這意味著它將通過附加設(shè)備。由于陶瓷軸承不會從轉(zhuǎn)子中去除電流，因此對于帶有陶瓷軸承的電機，建議僅使用特定的直接驅(qū)動應(yīng)用。其他缺點是這種電機軸承的成本以及軸承通常只能提供最大尺寸為 6311 的事實。

在大于 100 馬力的電機上，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，無論使用哪種類型的軸接地。

在變速應(yīng)用中嘗試降低共模電壓時，維護工程師需要考慮以下三個因素：

當存在軸承電流時，沒有一種適合所有的解決方案。對于客戶、電機和驅(qū)動器供應(yīng)商來說，共同為特定應(yīng)用確定最合適的解決方案至關(guān)重要。

持續(xù)維護是防止災(zāi)難性故障和計劃外停機的關(guān)鍵?？砂惭b智能傳感器，安裝在任何電機上，以遠程監(jiān)控電機的健康狀況。傳感器從設(shè)備表面測量關(guān)鍵參數(shù)，可用于獲得有關(guān)其狀況和性能的有意義的信息。警報有助于識別未來電機故障的潛在原因。