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变频电机轴电压与轴电流发作机理剖析（二）

来源:轴承网时间:2013-04-29

4 轴电压与轴承电流的仿真剖析
为进一步评论轴承电流与PWM逆变器输出电压特性以及电机端有无过电压之间的联络；本文对dv/dt电流与EDM电流两种办法的轴承电流别离进行仿真剖析；成果发现；轴承电流不只与逆变器载波频率有关；且与逆变器输出脉冲电压的上升时间有关；一起当电机端呈现过电压时轴承电流显着添加.
先假定电缆长度为零；依据轴承电流的存在办法可知；dv/dt电流首要是由输入跳变电压导致；因而dv/dt电流巨细与逆变器载波频率和电压上升时间有关.逆变器载波频率越高；一个正弦波周期内发作的dv/dt电流数量也就越多；但此刻电流幅值不变.脉冲电压上升时间是影响dv/dt电流幅值的决议性要素；别的分布电容的巨细也影响dv/dt电流幅值.而EDM电流发作的直接原因是轴电压的存在；因而轴电压的巨细决议了EDM电流幅值；轴电压的巨细决议于输入电压的巨细及电机内分布电容的巨细.尽管逆变器载波频率和脉冲电压上升时间都会影响轴电压的形状；但轴电压的峰值与二者都没有联络；因而EDM电流与二者也没有实质的联络；这是EDM电流与dv/dt电流最大差异之处.当然；EDM电流还与轴承油层的击穿电压有关；击穿电压越高；发作的EDM电流越大.为评论便利；假定轴承击穿电压大于或等于轴电压.
4。1 改动上升时间tr
仿真得到不一样上升时间的轴电压与轴承电流波形如图5所示；其间图a)和b)为轴电压波形；图c)和d)为轴承电流波形；电流波形中第一次呈现振动的为EDM电流；其他为dv/dt 电流.由剖析可知；1）tr增大轴承电流削减；包含dv/dt电流与EDM电流.尤其是dv/dt电流幅值减小非常显着；但tr对EDM电流的影响不大；这首要是因为EDM电流由轴电压以及轴承阻抗决议，2）当tr小于必定值（约为200ns）后；dv/dt电流乃至高于EDM电流，3）改动上升时间对轴电压的影响不大，4）特别表象：轴电压在电压击穿时呈现两次振动；tr不影响第一次振动；但影响第2次振动；且第2次振动跟着tr的上升而削减；其原因是轴承短路后定子绕组到转子的耦合途径仍然存在；所以呈现一个dv/dt电流振动.
4。2 改动耦合参数及轴承参数
定子绕组对转子的耦合电容越大；轴电压越高；dv/dt电流与EDM电流均添加，轴承电容减.dv/dt电流减.坏EDM电流根本不变；此刻轴电压上升.其原因是：在共模电路中；轴电压是由定子绕组对转子铁心的电压耦合形成的；保持这一电压的存在靠轴承电容以及转子对机壳耦合电容.因为后两者并联；再与前者串联；因而轴电压按电容值进行分配；电容越大压降越小.通常情况下；轴承电容与转子对机壳耦合电容比定子绕组对转子耦合电容大得多.在只改动轴承电容的情况下；轴承电容越.霾⒘缛莸刃е迪陆担恢岬缪狗炊仙挥捎谥岢猩系dv/dt电流与容抗及dv/dt成正比；在dv/dt不变时；容抗减.dv/dt电流下降.仿真成果如图6所示.
5 按捺办法
早年面的理论研究和仿真剖析可以看出；电机轴承电流发作的一个首要原因是逆变器输出的高频脉冲具有过高的dv/dt前后沿；由此可知；按捺轴承电流的有用办法就是下降逆变器输出电压的dv/dt.可是；逆变器自身输出的脉冲电压上升时间是由功率器材的开关特性决议的；因而只能在逆变器输出端附加设备改动其输出电压的dv/dt.下降逆变器输出电压上升沿dv/dt的一个最直接的办法是在逆变器输出端串上大的电抗器；即可构成所谓的“正弦波滤波器”；逆变器输出的脉冲电压在经过大电抗器后成为彻底的正弦波电压；这样便可以消除轴电压与轴承电流.
可是这种办法的价值是电抗器的功率损耗大；体积大；造价高；在一般的变频调速体系中使用不是很适宜.本文选用折中办法；在逆变器输出端串接电感值不大的电感以按捺电流的疾速改变；一起在输出端线间设置RC电抗以吸收输出电压的高次谐波；这样可以恰当下降输出脉冲电压上升沿的dv/dt值；到达按捺轴承电流的意图.
逆变输出滤波器下降了电机输入脉冲电压的电压上升率；这样一来；电机内分布电容的电压耦合效果便会大大削弱；轴电压以及由此导致的EDM电流都会下降；一起因为电压改变率导致的dv/dt电流也会显着削减；因而滤波器可以有用地按捺轴承电流的发作.图8给出了参加滤波器（未接地）前后的电机轴承电流仿真波形；其间；逆变器载波频率为5KHZ；脉冲电压上升时间为200ns；电缆长100m.从图中可以看出；无论EDM电流仍是dv/dt电流都显着削减.仿真中还发现；将滤波器接地；无论dv/dt 电流仍是EDM电流相对不接地而言均明显削减；其原因是RC支路吸收高次谐波的效果更强；可以更好地改进电压波形.
6 结束语
高频PWM脉冲输入下；电机内分布电容的电压耦合效果构成体系共模路；然后导致轴电压与轴承电流难题.轴承电流首要以三种办法存在：dv/dt电流、 EDM电流和环路电流.轴电压的巨细不只与电机内各部分耦合电容参数有关；且与脉冲电压上升时间和幅值有关.本文侧重评论前两种办法的轴承电流. dv/dt电流首要与PWM的上升时间tr有关；tr越小dv/dt电流的幅值越大.
逆变器载波频率越高；轴承电流中的 dv/dt电流成分越多.EDM电流呈现存在必定的偶然性；只有当轴承光滑油层被击穿或许轴承内部发作触摸才能够呈现；其幅值首要取决于轴电压的巨细.以下降脉冲电压上升率为准则；描绘一种在逆变器输出端串小电感并辅以RC吸收网络到达按捺轴电压与轴承电流的意图；仿真成果验证了该办法的有用性.

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