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變頻電機軸電壓與軸電流產生機理及其抑制

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對于采用逆變器供電的電機,當軸承油膜未被擊穿時,由于載波頻率高,電容的容抗大大減小,與Xcb相比,Rb很小而R1很大,由于PWM驅動電壓為非正弦電壓,計算時先將其分解,然后分別求取 ,軸電壓 有效值為: 。
3 軸承模型與軸承電流的產生

由于分布電容的存在和高頻脈沖輸入電壓的激勵作用宏发彩票登录,電機軸上形成耦合共模電壓。事實上,軸電壓的出現不僅與上面兩個因素有關,且和軸承結構有著直接關系。轉子前后端均由一個軸承支撐,其結構如圖3所示。

以其中一個軸承為例宏发彩票登录,軸承的滾道由內滾道與外滾道組成,當電機轉動時宏发彩票登录,軸承中的滾珠被潤滑油層包圍宏发彩票登录,由于潤滑油的絕緣作用,軸承滾道與滾珠之間形成電容,如圖3b) 所示。這兩個電容在轉子 ­— 定子回路中以串聯形式存在(為便于分析,不考慮滾珠的阻抗),可以等效成一個電容Cbi,i代表軸承中的第i個滾珠。對于整個軸承而言,各個滾珠與滾道之間的電容以并聯形式存在。所以整個軸承內可以等效成一個電容Cb。據對軸承的分析,軸承可用一個帶有內部電感和電阻的開關來等效。當滾珠未與滾道接觸時,開關斷開,轉子電壓建立宏发彩票登录;當轉子電壓超過油膜門檻電壓時宏发彩票登录,油膜擊穿開關導通,轉子電壓迅速內放電,在軸承內形成較大放電電流。

Va、Vb和Vc為電機三相輸入電壓,L'、R'和C'為輸入電壓耦合到轉子軸的等效集中參數,Cg為Crf和Cb并聯后的等效電容宏发彩票登录。當軸承滾珠和滾道接觸或者軸承內油層被擊穿時,Cb不存在,此時Cg僅代表轉子軸對機殼的耦合電容。

電容Cb是一個多個變量的函數:Cb(Q,v,T,η,λ,Λ,εr)[2>。其中Q代表功率,v代表油膜運動速度,T代表溫度宏发彩票登录宏发彩票登录,η代表潤滑劑粘性宏发彩票登录,λ代表潤滑劑添加劑,Λ代表油層厚度,εr代表潤滑劑介電常數宏发彩票登录。軸承電容Cb與定子到轉子耦合電容Csr 宏发彩票登录,比定子到機殼耦合電容Csf和轉子到機殼耦合電容Crf小得多。這樣一來,耦合到電機軸承上的電壓便不至于過大宏发彩票登录,這是因為Crf與Cb并聯后的電容比耦合回路中與之串聯的Csr大得多,而串聯電容回路中宏发彩票登录,電容越大承受的電壓反而越小。事實上宏发彩票登录,根據分布電容的特點,很大一部分共模電流是通過定子繞組與鐵芯之間的耦合電容Csf傳到大地去的,因此軸承電流只是共模電流的一部分宏发彩票登录。從圖4可看出宏发彩票登录,形成軸承電流有兩種基本途徑。一是由于分布電容的存在,定子繞組和軸承形成一個電壓耦合回路宏发彩票登录,當繞組輸入電壓為高頻PWM脈沖電壓時,在這個耦合回路勢必產生dv/dt電流宏发彩票登录,這個電流一部分經Crf傳到大地,另一部分經軸承電容Cb傳到大地,即形成所謂的dv/dt軸承電流,其大小與輸入電壓以及電機內分布參數有關。二是由于軸承電容的存在,電機軸上產生軸電壓 ,當軸電壓超過軸承油層的擊穿電壓時,軸承內外滾道相當于短路,從而在軸承上形成很大放電電流,即所謂的電火花加工(electric discharge machining - EDM)電流。另外,當電機在轉動時,如果滾珠和滾道之間有接觸,同樣會在軸承上形成大的EDM電流。
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