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變頻電機(jī)軸電壓與軸電流發(fā)作機(jī)理剖析（二）
來(lái)源:軸承網(wǎng) 時(shí)間:2013-04-29
為進(jìn)一步評(píng)論軸承電流與PWM逆變器輸出電壓特性以及電機(jī)端有無(wú)過(guò)電壓之間的聯(lián)絡(luò)；本文對(duì)dv/dt電流與EDM電流兩種辦法的軸承電流別離進(jìn)行仿真剖析；成果發(fā)現(xiàn)；軸承電流不只與逆變器載波頻率有關(guān)；且與逆變器輸出脈沖電壓的上升時(shí)間有關(guān)；一起當(dāng)電機(jī)端呈現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)軸承電流顯著添加.
先假定電纜長(zhǎng)度為零；依據(jù)軸承電流的存在辦法可知；dv/dt電流首要是由輸入跳變電壓導(dǎo)致；因而dv/dt電流巨細(xì)與逆變器載波頻率和電壓上升時(shí)間有關(guān).逆變器載波頻率越高；一個(gè)正弦波周期內(nèi)發(fā)作的dv/dt電流數(shù)量也就越多；但此刻電流幅值不變.脈沖電壓上升時(shí)間是影響dv/dt電流幅值的決議性要素；別的分布電容的巨細(xì)也影響dv/dt電流幅值.而EDM電流發(fā)作的直接原因是軸電壓的存在；因而軸電壓的巨細(xì)決議了EDM電流幅值；軸電壓的巨細(xì)決議于輸入電壓的巨細(xì)及電機(jī)內(nèi)分布電容的巨細(xì).盡管逆變器載波頻率和脈沖電壓上升時(shí)間都會(huì)影響軸電壓的形狀；但軸電壓的峰值與二者都沒(méi)有聯(lián)絡(luò)；因而EDM電流與二者也沒(méi)有實(shí)質(zhì)的聯(lián)絡(luò)；這是EDM電流與dv/dt電流最大差異之處.當(dāng)然；EDM電流還與軸承油層的擊穿電壓有關(guān)；擊穿電壓越高；發(fā)作的EDM電流越大.為評(píng)論便利；假定軸承擊穿電壓大于或等于軸電壓.
4。1 改動(dòng)上升時(shí)間tr
仿真得到不一樣上升時(shí)間的軸電壓與軸承電流波形如圖5所示；其間圖a)和b)為軸電壓波形；圖c)和d)為軸承電流波形；電流波形中第一次呈現(xiàn)振動(dòng)的為EDM電流；其他為dv/dt 電流.由剖析可知；1）tr增大軸承電流削減；包含dv/dt電流與EDM電流.尤其是dv/dt電流幅值減小非常顯著；但tr對(duì)EDM電流的影響不大；這首要是因?yàn)镋DM電流由軸電壓以及軸承阻抗決議，2）當(dāng)tr小于必定值（約為200ns）后；dv/dt電流乃至高于EDM電流，3）改動(dòng)上升時(shí)間對(duì)軸電壓的影響不大，4）特別表象：軸電壓在電壓擊穿時(shí)呈現(xiàn)兩次振動(dòng)；tr不影響第一次振動(dòng)；但影響第2次振動(dòng)；且第2次振動(dòng)跟著tr的上升而削減；其原因是軸承短路后定子繞組到轉(zhuǎn)子的耦合途徑仍然存在；所以呈現(xiàn)一個(gè)dv/dt電流振動(dòng).
4。2 改動(dòng)耦合參數(shù)及軸承參數(shù)
定子繞組對(duì)轉(zhuǎn)子的耦合電容越大；軸電壓越高；dv/dt電流與EDM電流均添加，軸承電容減.dv/dt電流減.壞EDM電流根本不變；此刻軸電壓上升.其原因是：在共模電路中；軸電壓是由定子繞組對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心的電壓耦合形成的；保持這一電壓的存在靠軸承電容以及轉(zhuǎn)子對(duì)機(jī)殼耦合電容.因?yàn)楹髢烧卟⒙?lián)；再與前者串聯(lián)；因而軸電壓按電容值進(jìn)行分配；電容越大壓降越小.通常情況下；軸承電容與轉(zhuǎn)子對(duì)機(jī)殼耦合電容比定子繞組對(duì)轉(zhuǎn)子耦合電容大得多.在只改動(dòng)軸承電容的情況下；軸承電容越.霾⒘縟蕕刃е迪陸擔(dān)恢岬繆狗炊仙揮捎謚岢猩系dv/dt電流與容抗及dv/dt成正比；在dv/dt不變時(shí)；容抗減.dv/dt電流下降.仿真成果如圖6所示.
5 按捺辦法
早年面的理論研究和仿真剖析可以看出；電機(jī)軸承電流發(fā)作的一個(gè)首要原因是逆變器輸出的高頻脈沖具有過(guò)高的dv/dt前后沿；由此可知；按捺軸承電流的有用辦法就是下降逆變器輸出電壓的dv/dt.可是；逆變器自身輸出的脈沖電壓上升時(shí)間是由功率器材的開關(guān)特性決議的；因而只能在逆變器輸出端附加設(shè)備改動(dòng)其輸出電壓的dv/dt.下降逆變器輸出電壓上升沿dv/dt的一個(gè)最直接的辦法是在逆變器輸出端串上大的電抗器；即可構(gòu)成所謂的“正弦波濾波器”；逆變器輸出的脈沖電壓在經(jīng)過(guò)大電抗器后成為徹底的正弦波電壓；這樣便可以消除軸電壓與軸承電流.
可是這種辦法的價(jià)值是電抗器的功率損耗大；體積大；造價(jià)高；在一般的變頻調(diào)速體系中使用不是很適宜.本文選用折中辦法；在逆變器輸出端串接電感值不大的電感以按捺電流的疾速改變；一起在輸出端線間設(shè)置RC電抗以吸收輸出電壓的高次諧波；這樣可以恰當(dāng)下降輸出脈沖電壓上升沿的dv/dt值；到達(dá)按捺軸承電流的意圖.
逆變輸出濾波器下降了電機(jī)輸入脈沖電壓的電壓上升率；這樣一來(lái)；電機(jī)內(nèi)分布電容的電壓耦合效果便會(huì)大大削弱；軸電壓以及由此導(dǎo)致的EDM電流都會(huì)下降；一起因?yàn)殡妷焊淖兟蕦?dǎo)致的dv/dt電流也會(huì)顯著削減；因而濾波器可以有用地按捺軸承電流的發(fā)作.圖8給出了參加濾波器（未接地）前后的電機(jī)軸承電流仿真波形；其間；逆變器載波頻率為5KHZ；脈沖電壓上升時(shí)間為200ns；電纜長(zhǎng)100m.從圖中可以看出；無(wú)論EDM電流仍是dv/dt電流都顯著削減.仿真中還發(fā)現(xiàn)；將濾波器接地；無(wú)論dv/dt 電流仍是EDM電流相對(duì)不接地而言均明顯削減；其原因是RC支路吸收高次諧波的效果更強(qiáng)；可以更好地改進(jìn)電壓波形.
6 結(jié)束語(yǔ)
高頻PWM脈沖輸入下；電機(jī)內(nèi)分布電容的電壓耦合效果構(gòu)成體系共模路；然后導(dǎo)致軸電壓與軸承電流難題.軸承電流首要以三種辦法存在：dv/dt電流、 EDM電流和環(huán)路電流.軸電壓的巨細(xì)不只與電機(jī)內(nèi)各部分耦合電容參數(shù)有關(guān)；且與脈沖電壓上升時(shí)間和幅值有關(guān).本文側(cè)重評(píng)論前兩種辦法的軸承電流. dv/dt電流首要與PWM的上升時(shí)間tr有關(guān)；tr越小dv/dt電流的幅值越大.
逆變器載波頻率越高；軸承電流中的 dv/dt電流成分越多.EDM電流呈現(xiàn)存在必定的偶然性；只有當(dāng)軸承光滑油層被擊穿或許軸承內(nèi)部發(fā)作觸摸才能夠呈現(xiàn)；其幅值首要取決于軸電壓的巨細(xì).以下降脈沖電壓上升率為準(zhǔn)則；描繪一種在逆變器輸出端串小電感并輔以RC吸收網(wǎng)絡(luò)到達(dá)按捺軸電壓與軸承電流的意圖；仿真成果驗(yàn)證了該辦法的有用性.
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