削除轴电流*佳解决方案——电绝缘轴承

• 削除轴电流*佳解决方案——电绝缘轴承

滚动轴承电流腐蚀产生原因
● 由于电机在设计和制造过程中，不可避免的造成磁路中存在不平衡的磁阻，电机轴在旋转的过程中切割磁通，从而产生轴电压； 常用的变频电机，因电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压； 另外，电机在强电场环境或外部电源的介入下，也会在转轴上产生轴电压。
以上原因产生的轴电压虽然微小，但当量值达到足以击穿轴承润滑油膜时，瞬间将依次经过轴承内圈、滚动体、外圈与电机定子机座构成回路(属称过电流)，并产生电火花。一旦出现过电流现象，轴承滚道或滚动体在电流导通区域会形成熔滴状破坏性表面，造成轴承提前失效
该图片为轴电流腐蚀初期滚道、滚动体表面的典型状态，轴承噪音增大，随着时间增长，损坏程度会造成轴承发热、烧毁！
轴承电流腐蚀有效解决方案——电绝缘轴承
一般来说，完全消除掉轴承内部的电势差是非常困难的，然而，我们如果能能够阻止或大大降低通过轴承的电流，就可以防止轴承发生电腐蚀。九星电绝缘轴承，有效的提高了轴承运行的可靠性和机器设备的使用寿命。与其它用于保护轴承的绝缘方法或措施相比，使用九星电绝缘轴承是种更经济和实用的解决方案
绝缘轴承应用选择
>沿轴产生的感应电压——由于电机内部磁通量分布不均匀，尤其在一些极对数较少的电机中，沿轴产生的感应电压会产生同时经过轴承 A——轴承座——轴承 B 的电流回路，如下图所示。此时，只要在电机非驱动端进行绝缘就可以完全切断电流回路。
交、直流电应用工况
■ 直流阻值
在室温下，根据轴承尺寸的不同，直流阻值可以达到 1GΩ ~ 10GΩ，当温度升高时，它会呈指数下降，温度每升高 10K，阻值大约下降 40% ~ 50%。即使工作温度在+60℃ ~ +80℃时，仍有几 MΩ的阻值，根据欧姆定律 I＝U/R，当电压达到 1000V 时，通过的电流也不足 1mA，也就是说对轴承没有影响
■ 交流阻抗
绝缘层类似于一个电容 C，它可以积聚电荷。在交流电压的作用下，在滚动体和滚道的接触区域会产生交流电流。陶瓷涂层轴承的电容值一般为 2nF ~ 20nF，具体数值与轴承尺寸有关，当频率 50Hz 时，容抗在 0.15MΩ ~ 1.5MΩ之间，当频率升高时，这个值会进一步下降，但在大多数情况下，它都比非绝缘轴承的电阻值高很多。
在相同的电压和频率下，通过的电流同整个电路的电容值决定，对于相同尺寸的轴承来说，涂层厚度 S 越厚，涂层面积 A 越小，对应的电容值就越小，因此通过的电流密度也越低
电绝缘轴承类型
九星电绝缘轴承前置代号为 HC，代表混合陶瓷和表面喷涂两种绝缘类型：
● 混合陶瓷绝缘轴承
九星混合绝缘轴承使用氮化硅材料的球或滚子，这种具有独特性能的陶瓷材料是需要高速度、高刚度、和电气绝缘的应用设备的*选择。以平滑的表面光洁度和低传导性为特点，九星混合陶瓷轴承节约了润滑剂成本。
轴承过电流风险评估
实践表明，评估轴承过电流风险等级的一个可靠原则是计算通过轴承的电流密度，即有效的电流值分别除以滚动体与内圈或外圈滚道的全部接触面积，这与轴承的型号和运转工况有关。当电流密度小于 0.1A/mm2时，按照我们目前的经验是不会造成轴承的损坏，而当电流密度等于或大于 1A/mm2时，轴承内部就会出现明显的电蚀印痕。
混合陶瓷轴承
并为滚动轴承提供了多种可能。 其特性包括：
更低的密度——氮化硅球的密度仅为类似钢球的 40%，促使轴承速度更快、重量更轻、惯性更小以及启动和停止更迅速。
低摩擦——氮化硅的低摩擦系数增强了其抗磨损性，使轴承即使在润滑不良的情况下也能保持较低的温度
更高的弹性系数——陶瓷球的弹性系数比轴承刚度增强的钢还高 50%。
低传导性——陶瓷球作为内外圈之间电流的一道屏障，从而提供了简单的绝缘。
更低的热膨胀系数——陶瓷球的热膨胀仅为类似钢球的 29%，这使预载荷能更精准地控制，轴承对温度梯度敏感性较低。 即使在高温及高直流电的状态下，混合轴承仍有较高的绝缘阻值，静电电容约在 40PF，低于陶瓷涂层轴承的 100 倍。
混合陶瓷轴承除了具有良好的电绝缘特外，还可以在更高的转速下运行。在大部分的工程应用中，工作寿命要比传统的钢轴承要长。
对于较小尺寸的混合陶瓷轴承，具有比陶瓷涂层绝缘轴承更好的成本效益。
轴承类型举例：
HC6314M-P6C3 6314 混合陶瓷球轴承，铜保持架，尺寸精度 P6 级，径向游隙C3 组
混合陶瓷绝缘轴承
● 表面涂层绝缘轴承
表面涂层绝缘轴承的外圈或内圈的表面喷涂一层氧化铝，*高可以承受高达5000V DC 的电压，通过专业等离子喷涂技术，可将氧化铝涂层均匀而牢固地附在轴承套圈表面，再进行后续的一些其它加工和处理，以增加其抗湿气和温度的能力。
电绝缘轴承涂层特性
较低孔隙率
采用超细级陶瓷粉末，专业高速等离子喷涂，粉末颗粒飞行速度较普通等离子高，能实现较高的致密性，孔隙率可控制在 4%以下，使得轴承在相对潮湿环境下仍能获得较好的绝缘性能。
● 良好的结合强度
九星等离子喷涂的高速性能确保轴承表面结合强度大于 20MPa，*高可达 70MPa以上，从而保证涂层经久耐用。
● 工作热影响小：
因采用特殊工艺参数，熔化的粒子喷涂在套圈表面时，被迅速冷却并凝固，能使轴承表面温度低于 150℃，消除高温对轴承带来的变形影响。
● 专业封孔技术：
喷涂后采用专业的后续封孔技术，能渗透喷涂层的 70%厚度，①防止涂层磨削加工时从砂轮上掉下来的磨粒污染涂层中的孔隙；②保证涂层绝缘性能；③提高涂层的抗腐蚀性能 ；④封填孔隙，以防止氧化；⑤保证涂层的气密性
典型应用
1、三相感应电机
防止轴承内部的感应电压产生电流破坏轴承
解决方案
在该感应电机的的风扇端使用一套表面喷涂绝缘深沟球轴承 HC6316EI12/C3，驱动端使用一套普通深沟球轴承 6320/C3，如下图所示。带绝缘层的深沟球轴承切断了沿轴产生的感应电压引起的电流回路，两端轴承采用脂润滑，需安装再润滑装置
应用产品
① 6320/C3 ② HC6316EI12/C3
2、电力机车牵引电机
技术数据 功率 500 KW 转速 3000 rpm技术要求防止电机内部的感应电压产生电流破坏电机。 解决方案该电机风扇端采用 HC6316EI16/C3 电绝缘深沟球轴承，驱动端采用HCNU320EMEI16M/C4 圆柱滚子绝缘轴承。两端轴承均采用脂润滑，配有迷宫式防尘密封装
应用产品
① HC6316EI16/C3 ② HCNU6320EMEI16/C4
3、风力发电机
技术数据 功率 1560 KW 转速 1800 rpm
技术要求 防止电机内部的感应电压产生电流破坏轴承。 解决方案 在风力发电机存在电压的快速切换，产生的调频电流将会同时通过两端的轴承，故两端均采用内圈带绝缘涂层的深沟球轴承HC6332MEI26/C3，采用 Mobil SHC 110 润滑脂，装配有自动注油器定期自动进行油脂添加。 应用产品 ① ② HC6332MEI26/C3
安装注意事项
■ 安装时不要用锤子直接敲击轴承表面。
■ 不要使用表面有缺陷的绝缘轴承。
■ 清洗干净轴承室及轴承，不得粘附有导电体。
■ 选择合适的挡肩，以避免电流从轴承侧面流过轴承。
■ 轴承室上需至少 0.5mm 深，斜度 10-15°的倒角。
■ 对于直流电机，在电阻测试期间需将轴接地