电机的轴电压、轴承电流的产生机理

  电机的轴电压与电机的电磁感应有关。事实上，轴电压是由转轴上交变的磁链引起的，它取决于磁通的不对称度，这种磁通的不对称一般都是由于一些微小的磁场畸变。

  造成磁通不对称的原因，主要是由于电机本身的结构引起的，而且都是电机固有的，无法避免的，如转子偏心、定转子开槽、定转子的轴向冷却风路、转轴键槽、转子铁芯支臂、铁芯叠片之间的接合、导磁材料的方向性、电源电压的不平衡、电机瞬态变化等。

  当轴电压超过轴承的临界电压，就会形成轴承电流。感应的轴电压会在电机上形成一个环流(如图1-1所示)。尽管感应的轴电压很低，但由于环流所经过的路径阻抗很小，导致电流很大。当轴电压超过0.3V时，需要采取一些措施以避免环流损坏轴承。

  对于PWM逆变器驱动的电机，其环流增加，这是由其共模电流产生的与定子、转子以及轴承交链的高频磁通所引起的。

  对于采用BJT或者是IGBT的PWM驱动系统来讲，还会产生轴承放电电流。PWM逆变器会使电机的定子绕组、机壳以及转子之间产生电容耦合。这种共模电流不会形成环流，但会流入地，对地的通路可通过电机的轴承、负载或者是辅助设备——轴承(如图1-2所示)。

  定子绕组对机壳会存在耦合电容Csf，约为5~10nF；定子绕组对转子也存在耦合电容Csr，其值通常很小，一般为10~50pF。尽管很小，但也会引起有害的轴承电流。若电机的定子和转子是绝缘的，定子和转子之间还存在一个电容Crf。

  从理论上来讲，周期性的方波是由基波和各次谐波构成。由于IGBT上升时间很快，为0.1us,PWM脉冲总为频率很高的理想方波。由于高频时，电容接近于短路，IGBT会比慢上升的器件感应出更大的容性耦合电流（i=C×dv/dt）。载波频率越高，逆变器在给定的周期内发出越多的脉冲，会在转子、定子以及机壳上感应出更多的容性能量。因此，轴承在高载波频率（≥8KHz）的IGBT驱动下损坏的更快，当然，这是相对于低载波频率而言的。驱动系统的载波频率越高，电机轴承就会损坏的越快。