Hvorfor akselstrøm opstår i linje-frekvensdrevne motorer

De to grundlæggende forudsætninger for strømgenerering er spænding og et lukket kredsløb. Akselstrøm kan kun dannes, når akselspænding eksisterer langs en lukket ledende bane. Hvorfor opstår der så akselspænding i motorer, der kører med industriel strømfrekvens? To rodmekanismer genererer akselspænding i roterende maskineri: vekslende magnetisk flux og akkumulering af statisk ladning.

Akselspænding induceret af vekslende magnetisk flux er kontinuerlig og periodisk. Under normale driftsforhold roterer motorrotoren inden for et symmetrisk sinusformet vekslende magnetfelt. Den vekslende elektromotoriske kraft (EMF), der induceres, når rotoren skærer magnetisk flux, genererer afbalancerede vekselstrømme, så der eksisterer ingen asymmetrisk spænding mellem de to ender af rotorakslen i ideelle scenarier. Ujævn magnetisk reluktans fordelt i omkredsen langs statorkernen skaber imidlertid ubalanceret vekslende EMF, som igen producerer aksialt rettet akselspænding. I modsætning hertil er akselspænding, der stammer fra statisk ladning, intermitterende og ikke-periodisk. Under motordrift opbygger friktion mellem procesvæskebelastninger og roterende komponenter statisk ladning på rotorsamlingen; kontinuerlig ladningsakkumulering udvikler efterfølgende akselspænding.

For mellemstore og store vekselstrømsmotorer, når en ledende lukket sløjfe dannes over rotorakslens spænding,akselstrømvil opstå, med den typiske karakteristik af lavspænding med høj strøm. Aksel og lejebøsninger er adskilt af smøreolie, med motorlejer understøttet på en oliefilm. På grund af den relativt lave størrelse af akselspændingen forbliver den isolerende oliefilm generelt intakt uden nedbrud.

Under høj-rotorrotation brister understandard smøremiddelkvalitet eller utilstrækkelig olieforsyning og nedbryder oliefilmen, hvilket bringer akslen og lejebøsningen i direkte metallisk kontakt. Et lukket kredsløb dannes øjeblikkeligt over akselspændingen, hvilket udløser lav-spændingssammenbrud. Den resulterende akselstrøm når flere hundrede eller endda tusinder af ampere øjeblikkeligt, tilstrækkeligt til at brænde akseltappen og lejebøsningerne ud.

Statisk ladning genereret af operationel friktion akkumuleres gradvist på akslen og hæver konstant akselpotentialet, mens den oplades. Afladning finder sted med det samme, hvis den roterende aksel kommer i kontakt med en stationær ekstern komponent. Hvis akslen forbliver isoleret fra ikke-roterende dele, bliver statisk ladning ved med at opbygges, indtil der udvikles en alt for høj spænding. Når denne spænding overstiger den dielektriske styrke af den lejede oliefilm, sker der hurtig afladning og frembringer denakselstrøm.

Denne strøm cirkulerer gennem en lukket sløjfe bestående af den roterende aksel, lejets indre ring, lejets ydre ring og lejehuset. Det mest tydelige fejltegn er lille, dyb cirkulær grubetæring på akseloverfladen og lejets indre løb forårsaget af elektrisk lysbueudladning. Sådanne gruber destabiliserer oliefilmdannelse og integritet og ødelægger den præcise pasform mellem akslen og lejet, hvilket gør lejet ubrugeligt. I alvorlige tilfælde dannes der intense elektriske lysbuer ved kontaktfladerne på akseltappen og lejebøsningerne på grund af tungeakselstrøm, alvorlig beskadigelse af disse komponenter. Dette fører til overdreven motorvibration og unormal støj, hvilket i sidste ende gør, at motoren ikke kan køre normalt.