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电机的轴电压、轴承电流的产生机理

发布者:leadering 发布时间:2017-12-07 11:42:38 信息编号:322

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,需要采取一定的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。