變頻供電交流電機軸電流的分析與測量.pdf

1、得益于高性能半導(dǎo)體開關(guān)器件和先進(jìn)控制策略的迅速發(fā)展，變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動領(lǐng)域中。但變頻技術(shù)在提高驅(qū)動性能的同時，也產(chǎn)生了一些負(fù)面效應(yīng)，如電機中的軸電流問題。交流電機在變頻供電時，非零、高頻共模電壓作用于電機繞組，通過電機中雜散電容形成共模電流通路，導(dǎo)致產(chǎn)生軸電壓及軸電流，引起軸承早期失效，嚴(yán)重危害交流電機的安全、可靠運行。對軸電流產(chǎn)生機理分析是提出抑制方案的依據(jù)，等效模型中參數(shù)的獲取是準(zhǔn)確預(yù)測軸電流的關(guān)鍵，而對軸電流進(jìn)行測試是檢

2、驗計算準(zhǔn)確性和抑制方案有效性的必要手段。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對定子良好接地且轉(zhuǎn)軸不接地情況下的軸電流問題進(jìn)行了研究。建立了變頻驅(qū)動交流電機軸電流模型，針對一臺5.5kW鼠籠電機的雜散電容進(jìn)行計算。搭建了變頻驅(qū)動電機軸電流的MATLAB分析模型，對軸電壓和軸電流進(jìn)行了仿真分析。⑵針對轉(zhuǎn)軸接地引起的軸電流進(jìn)行了研究。建立了考慮定子、轉(zhuǎn)子接地阻抗的軸電流模型，利用惠斯通橋電路理論，采用相量法推導(dǎo)出軸承分壓比隨定、轉(zhuǎn)子接地阻抗變

3、化的關(guān)系，設(shè)計實驗進(jìn)行了驗證。理論計算和實驗分析都表明，當(dāng)電機定子、轉(zhuǎn)軸側(cè)均存在接地阻抗時，軸電壓隨阻抗變化不是單調(diào)變化，而是呈V字形變化，可以通過調(diào)節(jié)定、轉(zhuǎn)子兩側(cè)接地阻抗，達(dá)到降低軸電壓、軸電流的目的。⑶研究了軸承電容參數(shù)的計算和測試方法。分析了目前軸承電容計算值與實際值偏差比較大的原因，提出一種基于電磁場的軸承電容計算方法。先根據(jù)彈性流體動力潤滑理論計算出軸承油膜中心厚度，根據(jù)實際軸承結(jié)構(gòu)在ANSYSMaxwell中建立有限元分析模

4、型，計算出軸承等效電容。設(shè)計實驗測量軸承等效電氣參數(shù)，測量結(jié)果證明了上述計算方法合理性。⑷研究了軸電流的測試方法。在分析了軸電流測量難點的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有三種軸電流測量方案的優(yōu)缺點進(jìn)行了比較。本文采用在電機端蓋內(nèi)增加絕緣層并在軸承外圈和端蓋處用引線連接的方案，實現(xiàn)軸電流的測量，并對測量結(jié)果進(jìn)行了分析。建立軸電流測量的等效電路，推導(dǎo)出階躍信號下實際軸電流與測量軸電流的瞬態(tài)解析式，計算出實際軸電流與測量軸電流峰值折算比例，表明測量方法的合理性