应用案例

【概述】

某研究团队使用功率放大器，搭建电机轴承油膜击穿实验系统。为解决变频器广泛应用引发的电机轴承电蚀问题，并为制定合理的轴电流抑制策略提供依据，本研究针对采用非导电润滑脂且处于全膜润滑状态下的电机轴承，开展了油膜击穿电压阈值的计算与测试研究。通过理论推导最小油膜厚度，结合有限元仿真与物理实验，探究了不同工况及轴承表面粗糙度对该阈值的影响规律，证实了量化击穿电压阈值对预防轴承电蚀、保障电机可靠运行的有效性。

实验名称：电机轴承油膜击穿电压阈值的计算及测试

实验目的：本研究旨在通过弹性流体润滑理论计算轴承最小油膜厚度，利用有限元仿真软件建立轴承润滑微区电场模型，定量分析转速、温度、载荷及表面粗糙度对油膜击穿电压阈值的影响，并最终通过搭建轴电压测试平台进行实验验证，明确各因素作用规律，为变频驱动电机轴电流抑制方案的制定提供关键数据支撑与理论依据。

测试设备：ANSYSMaxwell有限元仿真软件，轴电压测试平台（含变频器、5.5kW感应电动机、6208型深沟球轴承），信号发生器，ATA-3090C功率放大器，电流探头，热电偶无纸记录仪，示波器及相关数据采集与分析系统。

实验过程：首先基于弹性流体润滑理论，计算深沟球轴承在不同工况下的最小油膜厚度，并将其作为击穿区域油膜厚度的参考值；随后采用ANSYSMaxwell3D模块建立轴承润滑微区简化模型，进行电场仿真分析，计算不同转速、温度、载荷及表面粗糙度条件下的击穿电压阈值；最后搭建轴电压测试平台，通过在电机转轴与机壳间施加高频正弦电压，监测轴电压与轴电流波形变化，根据两者相位关系（阻性特征）实测不同转速和温度下的油膜击穿电压阈值，并与仿真结果进行对比验证。

图1深沟球轴承球与沟道间的油膜分布

图2轴承油膜击穿电压测试试验台

实验结果：仿真与测试结果一致表明：轴承油膜击穿电压阈值随转速升高近似线性增长，随温度升高（尤其40℃至80℃区间）显著下降后趋于平缓，随载荷增大呈小幅降低趋势，其中温升影响最为显著；同时，轴承表面粗糙度增大会导致局部电场强度畸变升高，降低击穿电压阈值。针对6215M轴承在额定工况（1800r/min,80℃,767N）下的仿真击穿电压阈值约为6V；针对6208轴承的测试显示，在1498r/min、40℃工况下，击穿电压阈值为3.2V，证实了低速、高温、大载荷工况及较大表面粗糙度均会增加油膜击穿风险。

图3不同温度下的油膜击穿电压阈值

图4轴电压、轴电流波形放大图

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压与大电流输出能力——模拟真实轴电压工况，保障油膜击穿阈值的精确测量

二、宽频带与平坦响应——精准匹配变频器载波频率及谐波频谱

三、低失真与高输出稳定性——保障多轮次对比实验的激励一致性

【推荐产品】：ATA-3090C功率放大器

图：ATA-3090C功率放大器指标参数

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