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變頻電機軸電壓與軸電流發作機理剖析（二）
來源:軸承網 時間:2013-04-29
為進一步評論軸承電流與PWM逆變器輸出電壓特性以及電機端有無過電壓之間的聯絡；本文對dv/dt電流與EDM電流兩種辦法的軸承電流別離進行仿真剖析；成果發現；軸承電流不只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；一起當電機端呈現過電壓時軸承電流顯著添加.
先假定電纜長度為零；依據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致；因而dv/dt電流巨細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；一個正弦波周期內發作的dv/dt電流數量也就越多；但此刻電流幅值不變.脈沖電壓上升時間是影響dv/dt電流幅值的決議性要素；別的分布電容的巨細也影響dv/dt電流幅值.而EDM電流發作的直接原因是軸電壓的存在；因而軸電壓的巨細決議了EDM電流幅值；軸電壓的巨細決議于輸入電壓的巨細及電機內分布電容的巨細.盡管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聯絡；因而EDM電流與二者也沒有實質的聯絡；這是EDM電流與dv/dt電流最大差異之處.當然；EDM電流還與軸承油層的擊穿電壓有關；擊穿電壓越高；發作的EDM電流越大.為評論便利；假定軸承擊穿電壓大于或等于軸電壓.
4。1 改動上升時間tr
仿真得到不一樣上升時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振動的為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EDM電流的影響不大；這首要是因為EDM電流由軸電壓以及軸承阻抗決議，2）當tr小于必定值（約為200ns）后；dv/dt電流乃至高于EDM電流，3）改動上升時間對軸電壓的影響不大，4）特別表象：軸電壓在電壓擊穿時呈現兩次振動；tr不影響第一次振動；但影響第2次振動；且第2次振動跟著tr的上升而削減；其原因是軸承短路后定子繞組到轉子的耦合途徑仍然存在；所以呈現一個dv/dt電流振動.
4。2 改動耦合參數及軸承參數
定子繞組對轉子的耦合電容越大；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轉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子對機殼耦合電容.因為后兩者并聯；再與前者串聯；因而軸電壓按電容值進行分配；電容越大壓降越小.通常情況下；軸承電容與轉子對機殼耦合電容比定子繞組對轉子耦合電容大得多.在只改動軸承電容的情況下；軸承電容越.霾⒘縟蕕刃е迪陸擔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；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；電機軸承電流發作的一個首要原因是逆變器輸出的高頻脈沖具有過高的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間是由功率器材的開關特性決議的；因而只能在逆變器輸出端附加設備改動其輸出電壓的dv/dt.下降逆變器輸出電壓上升沿dv/dt的一個最直接的辦法是在逆變器輸出端串上大的電抗器；即可構成所謂的“正弦波濾波器”；逆變器輸出的脈沖電壓在經過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.
可是這種辦法的價值是電抗器的功率損耗大；體積大；造價高；在一般的變頻調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置RC電抗以吸收輸出電壓的高次諧波；這樣可以恰當下降輸出脈沖電壓上升沿的dv/dt值；到達按捺軸承電流的意圖.
逆變輸出濾波器下降了電機輸入脈沖電壓的電壓上升率；這樣一來；電機內分布電容的電壓耦合效果便會大大削弱；軸電壓以及由此導致的EDM電流都會下降；一起因為電壓改變率導致的dv/dt電流也會顯著削減；因而濾波器可以有用地按捺軸承電流的發作.圖8給出了參加濾波器（未接地）前后的電機軸承電流仿真波形；其間；逆變器載波頻率為5KHZ；脈沖電壓上升時間為200ns；電纜長100m.從圖中可以看出；無論EDM電流仍是dv/dt電流都顯著削減.仿真中還發現；將濾波器接地；無論dv/dt 電流仍是EDM電流相對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；可以更好地改進電壓波形.
6 結束語
高頻PWM脈沖輸入下；電機內分布電容的電壓耦合效果構成體系共模路；然后導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電流和環路電流.軸電壓的巨細不只與電機內各部分耦合電容參數有關；且與脈沖電壓上升時間和幅值有關.本文側重評論前兩種辦法的軸承電流. dv/dt電流首要與PWM的上升時間tr有關；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電流呈現存在必定的偶然性；只有當軸承光滑油層被擊穿或許軸承內部發作觸摸才能夠呈現；其幅值首要取決于軸電壓的巨細.以下降脈沖電壓上升率為準則；描繪一種在逆變器輸出端串小電感并輔以RC吸收網絡到達按捺軸電壓與軸承電流的意圖；仿真成果驗證了該辦法的有用性.
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