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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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為了定量EDM及dv/dt電流對軸承的影響,軸承內的電流密度十分關鍵。建立電流密度需估計滾珠與滾道內表面的點接觸區域。根據赫茲點接觸理論(Hertzian point contact theory)宏发彩票登录,軸承電氣壽命可用如下公式求得[2>:

Elec Life(hrs)= (7)

式中, 代表軸承電流密度。一般而言,dv/dt電流對軸承壽命影響很小宏发彩票登录,而由EDM產生的軸承電流密度很大宏发彩票登录,使得軸承壽命大大降低宏发彩票登录。另外,空載時軸承損壞程度反而比重載時大得多,這是因為重載時軸承接觸面積增大,無形中減小了軸承電流密度。

4 軸電壓與軸承電流的仿真分析

為進一步討論軸承電流與PWM逆變器輸出電壓特性以及電機端有無過電壓之間的關系,本文對dv/dt電流與EDM電流兩種形式的軸承電流分別進行仿真分析,結果發現宏发彩票登录,軸承電流不僅與逆變器載波頻率有關,且與逆變器輸出脈沖電壓的上升時間有關,同時當電機端出現過電壓時軸承電流明顯增加宏发彩票登录。

先假定電纜長度為零,根據軸承電流的存在形式可知,dv/dt電流主要是由輸入跳變電壓引起,因此dv/dt電流大小與逆變器載波頻率和電壓上升時間有關。逆變器載波頻率越高,一個正弦波周期內產生的dv/dt電流數量也就越多,但此時電流幅值不變。脈沖電壓上升時間是影響dv/dt電流幅值的決定性因素宏发彩票登录,另外分布電容的大小也影響dv/dt電流幅值。而EDM電流產生的直接原因是軸電壓的存在,因此軸電壓的大小決定了EDM電流幅值,軸電壓的大小決定于輸入電壓的大小及電機內分布電容的大小。雖然逆變器載波頻率和脈沖電壓上升時間都會影響軸電壓的形狀,但軸電壓的峰值與二者都沒有關系,因此EDM電流與二者也沒有本質的聯系,這是EDM電流與dv/dt電流最大區別之處宏发彩票登录。當然,EDM電流還與軸承油層的擊穿電壓有關,擊穿電壓越高,產生的EDM電流越大。為討論方便,假設軸承擊穿電壓大于或等于軸電壓宏发彩票登录。

4.1 改變上升時間tr

仿真得到不同上升時間的軸電壓與軸承電流波形如圖5所示宏发彩票登录,其中圖a)和b)為軸電壓波形,圖c)和d)為軸承電流波形,電流波形中第一次出現振蕩的為EDM電流,其他為dv/dt電流。由分析可知,1)tr增大軸承電流減少,包括dv/dt電流與EDM電流宏发彩票登录。尤其是dv/dt電流幅值減小十分明顯,但tr對EDM電流的影響不大宏发彩票登录,這主要是因為EDM電流由軸電壓以及軸承阻抗決定宏发彩票登录;2)當tr小于一定值(約為200ns)后,dv/dt電流甚至高于EDM電流;3)改變上升時間對軸電壓的影響不大宏发彩票登录;4)特殊現象:軸電壓在電壓擊穿時出現兩次振蕩宏发彩票登录,tr不影響第一次振蕩宏发彩票登录,但影響第二次振蕩,且第二次振蕩隨著tr的上升而減少,其原因是軸承短路后定子繞組到轉子的耦合路徑依然存在,所以出現一個dv/dt電流振蕩。
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