電動機在我們的日常生活中發揮著至關重要的作用——我們生活、工作和娛樂的地方。簡單地說，他們幾乎讓所有移動的東西都移動。近 70% 的工業用電用于電動機系統。

大約75%的工業電機用于運行泵、風扇和壓縮機，這是一類極易提高效率的機械2.這些應用程序通常始終以恒定速度運行，即使在不需要時也是如此。這種持續運行會浪費能源并產生不必要的一氧化碳2排放，但通過控制電機的速度，我們可以降低功耗，節約能源并減少對環境的影響。

控制電機速度的一種方法是使用變速驅動器 （VSD），這是一種通過改變提供給電機的頻率和電壓來調節電機轉速的裝置。通過控制電機的速度，驅動器可以降低功耗（例如，將旋轉設備速度降低 20% 可以降低大約 50% 的輸入功率需求3），并在電機的整個生命周期內顯著改善過程控制并節省大量運營成本。

盡管變頻器在許多應用中可用于節省能源，但如果接地不當，它們可能會導致電機過早失效。雖然電機故障的原因有很多，但使用驅動器時最常見的問題是共模電壓引起的軸承故障。

在三相交流系統中，共模電壓可以定義為驅動器的脈寬調制功率造成的三相之間的不平衡，或者電源接地和三相負載中性點之間的電壓差。這種波動的共模電壓在電機軸上靜電感應電壓，并且該軸電壓可以通過繞組或軸承放電。現代工程設計、相絕緣和逆變器防尖峰線有助于保護繞組;然而，當轉子看到電壓尖峰的積聚時，電流會尋求對地電阻最小的路徑。在電動機的情況下，該路徑直接穿過軸承。

由于電機軸承使用潤滑脂進行潤滑，因此潤滑脂中的油會形成一層薄膜，充當電介質，這意味著它可以在不傳導的情況下傳遞電力。但隨著時間的流逝，這種電介質會分解。如果沒有潤滑脂的絕緣性能，軸電壓將通過軸承放電，然后通過電機的外殼，實現電氣接地。這種電流運動會導致軸承產生電弧，通常稱為電火花加工 （EDM）。隨著時間推移，這種持續的電弧會發生，軸承座圈中的表面積會變脆，軸承內部的微小金屬片會脫落。最終，損壞的材料在軸承的滾珠和滾道之間起作用，產生磨削效應，從而產生微米級的點蝕（稱為結霜）或軸承滾道中的搓板狀脊（稱為凹槽）。

隨著損壞逐漸惡化，一些電機可以繼續運行，而不會出現任何明顯的問題。軸承損壞的第一個跡象通常是由于軸承滾珠在凹陷和結霜區域上移動而發出的噪音。但是，當這種噪音發生時，損害通常已經變得足夠大，以至于故障迫在眉睫。

工業應用通常不會在變速電機上遇到這些軸承困難，但在某些安裝中，例如商業建筑和機場行李處理，并不總是提供可靠的接地。在這些情況下，必須使用另一種方法將電流從軸承上轉移出去。最常見的解決方案是在電機軸的一端添加軸接地裝置，特別是在共模電壓可能更普遍的應用中。軸接地本質上是一種通過電機框架將電機的轉子接地到接地的方法。與與軸承更換相關的維護成本標簽相比，在安裝前為電機添加軸接地裝置（或購買預裝了一臺電機的電機）可能是一個很小的代價，更不用說設施停機的高成本了。

當今工業上常見的軸接地裝置有幾種類型，如碳刷、環式纖維電刷和接地軸承隔離器等，其他保護軸承的方法也可用。

碳刷已經使用了 100 多年，類似于直流電機換向器上使用的碳刷。接地電刷在電機電路的旋轉部分和靜止部分之間提供電氣連接，并將電流從轉子帶到地面，這樣電荷就不會在轉子上積聚到通過軸承放電的點。接地電刷提供了一種實用且經濟的方法，可提供低阻抗接地路徑，特別是對于較大的框架電機;但是，它們并非沒有缺點。與直流電機一樣，由于與軸的機械接觸，電刷會磨損，并且無論電刷架的設計如何，都必須定期檢查組件，以確保電刷和軸之間的正確接觸。

軸接地環的工作原理類似于碳刷，但它們包含多股導電纖維，這些纖維排列在軸周圍的環內。環的外側通常安裝在電機的端板上，保持靜止，而電刷則騎在電機軸的表面上，引導電流通過電刷并安全地接地。軸接地環可以安裝在電機內部，使其可用于沖洗工況和臟污工況電機。然而，沒有一種軸接地方法是完美的，安裝在外部的接地環往往會在其刷毛上收集污染物，這可能會降低其有效性。

接地軸承隔離器結合了兩種技術：一個由兩部分組成的非接觸式隔離屏蔽，采用迷宮式設計來防止污染物進入，以及金屬轉子和隔離導電燈絲環，用于將軸電流從軸承上轉移出去。由于這些裝置還可以防止潤滑劑損失和污染，因此它們取代了標準軸承密封件和傳統的軸承隔離器。

防止電流通過軸承放電的另一種方法是用非導電材料制造軸承。在陶瓷軸承中，陶瓷涂層滾珠通過防止軸電流通過軸承流向電機來保護軸承。由于沒有電流流過電機軸承，因此電流引起的磨損的可能性很小;但是，電流將尋求一條接地路徑，這意味著它將通過附加設備。由于陶瓷軸承不會從轉子中去除電流，因此對于帶有陶瓷軸承的電機，建議僅使用特定的直接驅動應用。其他缺點是這種電機軸承的成本以及軸承通常只能提供最大尺寸為 6311 的事實。

在大于 100 馬力的電機上，通常建議在安裝軸接地裝置的電機的另一端安裝絕緣軸承，無論使用哪種類型的軸接地。

在變速應用中嘗試降低共模電壓時，維護工程師需要考慮以下三個因素：

當存在軸承電流時，沒有一種適合所有的解決方案。對于客戶、電機和驅動器供應商來說，共同為特定應用確定最合適的解決方案至關重要。

持續維護是防止災難性故障和計劃外停機的關鍵。可安裝智能傳感器，安裝在任何電機上，以遠程監控電機的健康狀況。傳感器從設備表面測量關鍵參數，可用于獲得有關其狀況和性能的有意義的信息。警報有助于識別未來電機故障的潛在原因。