應用案例

【概述】

某研究團隊使用功率放大器，搭建電機軸承油膜擊穿實驗系統。為解決變頻器廣泛應用引發的電機軸承電蝕問題，并為制定合理的軸電流抑制策略提供依據，本研究針對采用非導電潤滑脂且處于全膜潤滑狀態下的電機軸承，開展了油膜擊穿電壓閾值的計算與測試研究。通過理論推導最小油膜厚度，結合有限元仿真與物理實驗，探究了不同工況及軸承表面粗糙度對該閾值的影響規律，證實了量化擊穿電壓閾值對預防軸承電蝕、保障電機可靠運行的有效性。

實驗名稱：電機軸承油膜擊穿電壓閾值的計算及測試

實驗目的：本研究旨在通過彈性流體潤滑理論計算軸承最小油膜厚度，利用有限元仿真軟件建立軸承潤滑微區電場模型，定量分析轉速、溫度、載荷及表面粗糙度對油膜擊穿電壓閾值的影響，并最終通過搭建軸電壓測試平臺進行實驗驗證，明確各因素作用規律，為變頻驅動電機軸電流抑制方案的制定提供關鍵數據支撐與理論依據。

測試設備：ANSYSMaxwell有限元仿真軟件，軸電壓測試平臺（含變頻器、5.5kW感應電動機、6208型深溝球軸承），信號發生器，ATA-3090C功率放大器，電流探頭，熱電偶無紙記錄儀，示波器及相關數據采集與分析系統。

實驗過程：首先基于彈性流體潤滑理論，計算深溝球軸承在不同工況下的最小油膜厚度，并將其作為擊穿區域油膜厚度的參考值；隨后采用ANSYSMaxwell3D模塊建立軸承潤滑微區簡化模型，進行電場仿真分析，計算不同轉速、溫度、載荷及表面粗糙度條件下的擊穿電壓閾值；最后搭建軸電壓測試平臺，通過在電機轉軸與機殼間施加高頻正弦電壓，監測軸電壓與軸電流波形變化，根據兩者相位關系（阻性特征）實測不同轉速和溫度下的油膜擊穿電壓閾值，并與仿真結果進行對比驗證。

圖1深溝球軸承球與溝道間的油膜分布

圖2軸承油膜擊穿電壓測試試驗臺

實驗結果：仿真與測試結果一致表明：軸承油膜擊穿電壓閾值隨轉速升高近似線性增長，隨溫度升高（尤其40℃至80℃區間）顯著下降后趨于平緩，隨載荷增大呈小幅降低趨勢，其中溫升影響最為顯著；同時，軸承表面粗糙度增大會導致局部電場強度畸變升高，降低擊穿電壓閾值。針對6215M軸承在額定工況（1800r/min,80℃,767N）下的仿真擊穿電壓閾值約為6V；針對6208軸承的測試顯示，在1498r/min、40℃工況下，擊穿電壓閾值為3.2V，證實了低速、高溫、大載荷工況及較大表面粗糙度均會增加油膜擊穿風險。

圖3不同溫度下的油膜擊穿電壓閾值

圖4軸電壓、軸電流波形放大圖

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

一、高電壓與大電流輸出能力——模擬真實軸電壓工況，保障油膜擊穿閾值的精確測量

二、寬頻帶與平坦響應——精準匹配變頻器載波頻率及諧波頻譜

三、低失真與高輸出穩定性——保障多輪次對比實驗的激勵一致性

【推薦產品】：ATA-3090C功率放大器

圖：ATA-3090C功率放大器指標參數

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