Анализ влияния кольца электропроводящей магнитной жидкости на токи в подшипниках электрических двигателей
С.А. Нестеров, А.А. Миронова
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 4, сс. 58—63
Скачать PDF
Состояние вопроса. Эксплуатация электродвигателей в системах с частотным регулированием сопряжена с проблемой преждевременного выхода из строя подшипников качения из-за текущих через них паразитных токов. Одним из способов решения данной проблемы является шунтирование подшипника специальной щеткой, электрически соединяющей подшипниковый щит с валом электродвигателя. Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков: нестабильное переходное сопротивление; искрение; необходимость обслуживания; ограниченную применимость во взрывоопасных средах. В связи с этим разработка метода шунтирования подшипниковых токов, лишенного указанных недостатков, является актуальной научной задачей.
Материалы и методы. Для создания электрического контакта между валом и корпусом электродвигателя использована электропроводящая магнитная жидкость, полученная путем добавления в нанодисперсную магнитную жидкость частиц графита или графена. Влияние электропроводящего магнитожидкостного кольца на подшипниковый ток исследовано с помощью схемы замещения для синфазного тока, разработанной в MatLab Simulink.
Результаты. Предложен метод создания стабильного электрического контакта между корпусом и валом электродвигателя с помощью электропроводящей магнитной жидкости. Влияние электропроводящего магнитожидкостного кольца на подшипниковый ток осуществлено с использованием созданной в MatLab Simulink электрической схемы замещения для синфазного тока, работающего от преобразователя частоты электродвигателя с учетом паразитных емкостей между его узлами. Установлено, что при введении в схему активного сопротивления Rму = 2,1 Ом, моделирующего кольцо электропроводящей магнитной жидкости, включенного параллельно емкости подшипника, ток через подшипник снизился в 23 раза, с 9,33 до 0,4 мА.
Выводы. Полученные данные подтверждают эффективность применения магнитожидкостного уплотнения с электропроводящей магнитной жидкостью в качестве шунтирующего элемента для снижения паразитных токов в подшипниках. Магнитожидкостное уплотнение с электропроводящей магнитной жидкостью является перспективной альтернативой щеточным системам заземления вала. Предложенный метод обеспечивает стабильный электрический контакт без сухого механического трения и искрения, что повышает надежность и расширяет область применения электродвигателей, включая взрывоопасные среды.
- Comprehensive Review of Bearing Currents in Electrical Machines: Mechanisms, Impacts, and Mitigation Techniques / T. Pei, H. Zhang, W. Hua, F. Zhang // Energies. – 2025. – Vol.18, No. 3. – P. 517.
- Weicker M., Safdarzadeh O., Binder A. Influence of static rotor imbalance on the roller bearing damage due to inverter-induced bearing currents // 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe). – 2022. – P. 1–11.
- Safdarzadeh O., Binder A., Member S. Measuring Electric Contact in an Axial Ball Bearing at DC Current Flow // IEEE Transactions on industry applications. – 2025. – No. 59(3). – P. 3341–3352.
- Tranquilini F., Krusemark B., Zawadzki M. The Different Types of Shaft Bonding Devices and Their Effectiveness // IEEE Petroleum and Chemical Industry Committee Conference (PCIC). – Vancouver, BC, Canada, 2019. – P. 443–454.
- Pat. US 4604229A. Electrically conductive ferrofluid compositions and method of preparing and using same / K. Raj, L. Borduz, H.L. Gowda. 1985.
- Особенности электропроводности и теплопроводности магнитного наноколлоида с мелкодисперсным немагнитным наполнителем / Ю.И. Диканский, Ж.Г. Вегера, Ю.Л. Смерек, А.В. Аксенов // Нанотехника. – 2009. – № 18. – С. 20–24.
- Закинян Р.Г., Смерек Ю.Л., Закинян А.Р. К механизму электропроводности магнитной жидкости с графитовым наполнителем // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2004. – № 3. – С. 52–55.
- An Investigation into the Effect of Bearing Grease Degradation on the High-frequency dv/dt Bearing Current in an Inverter-fed Motor System / J. Zheng, D. Xiang, H. Li, D.C. Quach // The 6th International Conference on Power and Renewable Energy. – Shanghai, China, 2021. – P. 543–547.
- Исследование электрофизических характеристик пластичных смазочных материалов / А.И. Смирнова, Л.И. Минеев, И.А. Герасимов и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2022. – Т. 88, № 10. – С. 43–47.