科学论坛 － ■Ｉ 电机轴电压的产生原因及防治 胡晓飞 纪（华北电力大学 璇 董淑慧 保定０７１００３） 河北［摘 要］针对电机轴电压对机组的破坏，本文探索了不同类型电机的轴电压问题，包括轴电压的产生原因、测量方法等，实测了隐极同步电机与变 频调速电机的轴电压，提出了预防轴电压破坏的一些卓有成效的方法，为今后的研究奠定了基础。 ［关键词］轴电压静电效应磁不对称测量 中图分类号：０３５３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２０１０）１２—００４７ ０２ 上个世纪初，大型电机的轴电压问题已经得到人们的重视。人们发 现，电机在运行过程中会在转轴两端及局部位置产生电势差，一旦击穿油膜 就会形成放电回路，由于放电面积小，电流密度大，因此导致轴承表面烧熔， 引起机组振动增大，降低轴承使用寿命。瞬间的大电流还可以磁化电机的某 些部件，一旦出现这种问题，可能会引发自激效应，即被磁化的部件又会继 续在其他部件上感应轴电压并形成轴电流，造成电机短时间内轴承状态剧烈 恶化，无法继续运行。 １轴电压产生原因 轴电压产生原因主要有下四种因素 Ｉ： （１）静电效应 这种轴电压是由蒸汽和汽轮机叶片之间的摩擦而发生在汽轮机低压缸内 的直流电压。如果缺乏有效的大轴接地的装黄，这种电压值可能很高，一 旦击穿绝缘将通过最短路径对地放电。此外，转子绕组一点或两点接地故 障以及润滑油与油管之间的摩擦带电也可以归类于此。 （２）轴向磁通及剩磁 由于电机中形成环绕轴的各种闭合回路，如电刷装置的集电环，换向 极和补偿绕组连接线，串激绕组连接线等，在设计考虑不周或转子绕组发 生匝间短路时，它们的磁势不能相互抵消，就会产生一一个轴向的剩余磁 通，该磁通经轴、轴承和旋转电机的底板而闭合，如图１所示。电机旋 转时，在轴承附近的轴部产生直流型电压。 转轴 轴承 图１轴向磁通感应轴电压的原理 （３）整流、逆变 经过整流送给发电机的励磁电流中含有数倍（通常为６倍）供电频率 的电压脉动，该脉冲通过励磁绕组与转子铁心之间的耦合作用在转轴上感应 轴电压 ５】。 ＰＷＭ变频电源供电时，由于ＰＷＭ变频器的三相输出电压的矢量和不为 零，出现高频共模电压，如式（１）所示，在较高的ＰＷＭ开关ｄＵ／ｄｔ下，通 过定、转子之问的电容耦合作用在转轴上感应轴电压并形成轴电流，等效电 路如图２所示。 Ｅ－。 ＝ ＋ ＋ ）／３（１） 式中： 、 、 ．分别为ａ、ｂ、Ｃ三相的相电压。 Ｒ 图２电机内共模回路等效电路 其中：Ｌ 和Ｂ。为定子零序电阻和电抗，Ｃ Ｃ Ｃ ，分别为电机定 子对地、定子对转子和转子对地电容；Ｂ 为轴承回路电阻；Ｃ 和Ｒ，为轴承 油膜的电容和非线性阻抗； 和Ｖ 分别为定子绕组和转子中性点对地电 压。 。 本文在一小型变频调速异步电机上实测了的轴电压，实验采用Ｔｅｋ示波 器，采样点数为２ ５ ００点。设置△ ＝４×１０ Ｓ，采样时间１０ ，如图３ 所示，可见，该脉冲电压是一个振荡衰减量，衰减时间常数与共模等效电路 的具体参数有关。 时闻（１０ Ｓ） 图３变频调速电机轴电压波形图 （４）磁不平衡 电机由于偏心、扇形冲片、硅钢片等叠装因素，以及铁芯齿槽、通 风孔等的存在，造成磁路中的磁阻不对称，出现与转轴交链的不平衡磁 通，在转轴的两端感应轴电压。作者在小型隐极同步发电机上测量了空载 状态下转轴两端的轴电压信号，如图４所示，经分析得知该信号以１、３、 ５等奇次倍电频率为主。 州删／Ｓ 图３隐极同步电机轴电压波形图 ２轴电压的测量方法 ＩＥＥＥ标准１１２ １９９１［６］规定了测量轴电压的标准方法，即：采用高阻 值的电压表测量轴端电压，这是为了降低碳刷与大轴之间的接触电阻对测量 造成的影响。由于采集仪的内阻较大，使用数据采集仪采集轴电压信号时 不存在这样的问题。 ３消除轴电压危害的措施 （１）采用全新的发电机结构，安装时严格按照厂家工艺、设计要求， 减小电机不对称度。 （２）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 月．与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位。 （３）采取绝缘，切断轴电流的回路。 （４）加强对机组运行的监控，如对润滑油温度和油质的监测，对轴承 的温度和轴承的绝缘电阻以及转子的振动等的监测。 科技博览ｌ ４７ 科学论坛 Ｉ Ｃｈｉｎａ ＳＣｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 剪鼻孔毛刀的分析与设计 林超 张雁 ０ｌＯ０１０） （内蒙古农业大学能源与交通工程学院 呼和浩特 内蒙古自治区［摘 要］本文介绍了剪鼻孔毛刀使用现状、设计方案、材料的选择，通过以下的分析和设计，此设计是可行的，并可以用于实际生产，在生活中 广泛使用。 ［关键词］剪鼻孔毛刀 设计分析 中图分类号：Ｖ２４１．０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２０１０）１２ ００４８ ０１ １设计背景 日常生活中，随着毛发的增长，鼻毛也会出孔，但是千万别小觑鼻 毛，它可是身体的第～道健康门户。长长的鼻毛在鼻腔前庭交织成网，可 以阻挡灰尘；它的纤毛运动会帮助鼻腔排泄分泌物；另外，干燥或冰凉 的空气经过鼻腔过滤，会变得温暖湿润。如果将鼻毛剪得太短，就会使冷 空气直接进入咽腔或肺，对组织器官造成刺激，诱发咽炎和气管炎。没有 鼻毛的过滤与排泄作用，就容易降低人的免疫能力，引起上呼吸道感染或 其他疾病。 对于追求生活质量的现代人而言，美到鼻毛一点也不过分。鼻毛过 长，会使人尴尬难堪，即使衣着考究，也会给人造成拖遢不洁的印象。建 议爱美的人应该经常注意鼻毛的长度，将露出鼻腔部分及时剪掉。鼻毛拔 不得，修剪要适度，以不外露为宜，切不可剪得太短。 常拔鼻毛会破坏毛囊结构，一旦细菌侵入则引起毛囊发炎，导致鼻腔 前庭炎或鼻腔疖肿。 ２目前现状 大部分人是不规格的小剪刀沿着鼻孔外小心的剪掉，但这样做即危险又 及其不方便，甚至还需要别人的帮助。还有少部分人，如娱乐明星，采 用国外进口的电动鼻毛器，但使用这种电动鼻毛器的弊端就是鼻毛会变得越 来越硬，造成鼻孔不舒服。上述设计的这种剪鼻孔毛刀只是平常小剪刀的 种改进，这种使用新型产品的优越性在于：剪鼻孔毛刀是目前剪刀的一 种科技创新，它的出现和发展可填补市场空白，解决了大部分人鼻孔毛不 易处理的问题。 一的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工 制造，可满足制作的需要。不锈钢陶瓷剪刀的缺点是制作成本较高，较重 不方便携带。 第四类产品优缺点：刀身优点同上，塑料刀柄比陶瓷的更轻便，美 观，成本低，但是污染较大对健康不益。 第五类产品优缺点：制作较方便，但纯金属制品使用不方便，手感 不佳，且重量较大，不易携带。 ４设计方案 ４ １设计方案 （１）剪刀样式，刀尖弯折，弯折角度为３ ０，４ ５，６ ０度，避免刀 尖接触内鼻孔边缘，弯折刀尖尖端磨平，以防刀尖伸入鼻孔扎碰内鼻孔， 刀柄颜色可以采用各种色彩，刀身长度２．５ＣＭ。（２）剪刀样式放大如图。 （１）剪刀样式，刀尖垂直与刀身方向弯折，弯折角度为３０，４ ５，６ ０ 度，避免刀尖接触内鼻孔边缘，弯折刀尖尖端磨平，以防刀尖伸入鼻孔扎碰 内鼻孔，刀柄颜色可以采用各种色彩，缩短刀身长度为１．５ＣＭ。（２）剪刀样式 如图。 ３材料选择及各自优缺点： 装 ｌ ３ ４ ＂ 白 般化译 柑科 镟他错柏｛＝＝｝ 币铺锏 小髓 ？Ｊ辆 匀程 测科 渤毙 ｝孥｝ ５ 锈州 、锈俐 第一类产品优缺点：氧化锆陶瓷刀是用高科技的氧化锆材料制成，氧 化锆的硬度仅次于金刚石，所有用氧化锆材料制成的陶瓷刀具有超高硬度， 超高耐磨性，并且耐腐蚀永不生锈，不导电，不传热，无磁性，易清洗，刃 口锋利，而且比传统的金属刀要轻～半左右，经过精心设计之后使用起来更 方便省力，且陶瓷比塑料环保，是新一代美观环保时尚的耐用产品！缺点是 成本较五者最高，重量较大，不易携带。 第二类产品优缺点：刀身优点同上，刀柄采用塑料材料轻便，漂亮， 生产成本低，容易被塑制成不同形状。缺点是塑料不环保，不耐用，不易处 理，对环境和健康又一定的影响。 第三类产品优缺点： 不锈钢的加Ｔ简单，保养要求低，不锈钢不易 产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢金属材料中强度最高的材料之一。 由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持结构设计 （５）为防止转子绕组１点接地短路而产生轴电压，运行时投入励磁回 路２点接地保护装置。 结语 总结以上的分析说明，对剪鼻孔毛刀设计的总体思路和大体方向是简 洁、美观、时尚，同时也是易操作的，易用和个性化的。要想占领剪鼻 孔毛刀的市场，鼻毛刀的设计必须具有自己的特色和价值。本课题正是从 这方面入手，速净鼻毛刀，让人们在生活中将鼻毛处理干净，使人们不仅 干净整洁，而且还养成了一种爱清洁，仪容干净的好习惯。 参考文献 ［Ｉ］孙智，倪宏听，彭竹琴．现代钢铁材料及其工程应用．机械工业 出版社，２００７． ［２］张黎骅，郑严．新编机械设计手册．北京，人民邮电出版社，２００８． ｂ． ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ＳｔａｔｉＣ ｅｘｃｉｔａｔｉＯＲ ｓｙｓｔｅｍｓ～ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ＳＯｌｕｔｉｏｎｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，１９８８。３（２）：４０９—４１９ （６）对于变频调速电机应采用适当的逆变控制策略和滤波措旌以降低共 模电压的影响。 结语 本文在以往研究成果的基础上总结了轴电压的破坏性、产生原因、测 ［３］方攸同，陆俭国，魏世泽．变频驱动异步电动机中轴电流的产生 与消除．中小型电机．１９９９．２６．（６）：４０ ４２． ［４］田葳，李树科．发电机轴电流的危害及防范措施．电机技术．２００４（４）： ２８—２９． 量方法及预防轴电压破坏的一些措施，指出了轴电压研究中存在的问题，为 今后进～步：［作奠定了基础。 ［５］Ｊ．Ｅｒｄｍａｎ，Ｒ．Ｊ．Ｋｅｒｋｍａｎ，Ｄ．Ｓｃｈｌｅｇｅ１，ａｎｄ Ｇ．Ｓｋｉｂｉｎｓｋｉ．Ｅｆ～ ｆｅｃｔ ｏｆ ＰＷＭ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ ｏｎ ＡＣ ｍｏｔｏｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔＳ ａｎｄ ｓｈａｆｔ ｖｏｌｔａｇｅｓ．ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ｌＯｔｈ Ａｎｎｕ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅ１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆ． 参考文献 ｌｌｊ Ｇ．Ｗ．Ｂｕｃｋｌｅｙ．Ｒ．Ｊ．Ｃｏｒｍｎｇ．Ｔｈｅ Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｂｒｕｓｈｅｓ ｔｏ ｔｈｅ Ｓａｆｅ ０ｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｔｕｉｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＰＥＣ’９５），Ｄａｌ１ａｓ，ＴＸ，１９９５，１：２４—３３． 【６ ｌ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｌ１２—１９９１．ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｐｏｌｙｐｈａｓｅ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒｓ ａｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｎｄ．１９９１． Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，１９８８，３（３）：６０７—１２ ２Ｊ Ｃ．Ａｍｍａｎｎ，Ｋ．Ｒｅｉｃｈｅｒｔ，Ｒ．Ｊｏｈｏ，Ｚ．Ｐｏｓｅｄｅｌ＿Ｓｈａｆｔ ｖｏｌｔａｇｅＳ ｉｎ ４８ ｌ科技博览