轴电流
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轴电流的产生及处理轴电压一般指三相异步交流电动机功率比较大的,对于小功率的电机可以忽略不计。
电动机或发电机运行时都会产生轴电压、轴电流。
这里说一说电机产生轴电压的原因。
→电机在运行过程中,如果在电机两轴承端或转轴与轴承间存在轴电流时,将会大大缩短电机轴承的使用寿命,严重时只能运行几小时。
由于电动机定子磁场不平衡,使得沿定子铁芯一周的磁场不能完全抵消,因此在铁芯与转子的垂直⊥的面内就会产生一个环路磁场,此时这个磁场与电源的50Hz频率完全一样,于是就会在电动机的转子轴上产生感应电动势,也就是轴电压。
简单地说,→磁场不平衡的原因;交流在正弦交变的电压下运行时,其转子处在正弦交变的磁场中。
由于电动机定转子扇形冲片、硅钢片等叠装因素,再加上铁芯槽、通风孔等的存在,铁芯的锈蚀,叠装不均匀等,导致在磁路中造成不平衡的磁阻。
当电动机的定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时,便产生与轴相交链的交变磁通,从而产生交变电势。
当电动机转动即磁极旋转,通过各磁极的磁通发生了变化,在轴的两端感应岀轴电压,产生了与轴相交链的磁通。
随着磁极的旋转,与轴相交链的磁通交替变化,这种电压是延轴向而产生的,如果与轴两侧的轴承形成闭合回路,就产生了轴电流。
一般情况下这种轴电压大约为 1~2V。
电动机的轴承油封密封不好,使得沿轴向有高速气体影响转轴。
另外采用逆变供电产生轴电压;因为→电动机采用逆变供电运行时,供电电压含有高次谐波分部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电压。
静电感应和共模电压又是产生轴电压的罪魁祸首。
静电感应产生轴电压→电动机运行现场,由于高压设备强电场的作用,在转轴的两端感应出轴电压。
静电荷造成→电动机在运行过程中,负载方面的流体与旋转体运行摩擦而在旋转体上产生静电荷,电荷逐漸积累便产生轴电压。
由这种情况产生的轴电压和由磁交变所产生的轴电压在原理上是不同的。
静电荷产生的轴电压是间歇的,并且是非周期性的,其大小与运转状态、流体的状态等因素关系很大。
轴电流和轴电压的定义嘿,朋友们!今天咱来唠唠轴电流和轴电压。
这俩家伙啊,就像是机器世界里的小调皮鬼。
你说轴电流吧,它就像个爱乱窜的小淘气。
想象一下,电流在轴上跑来跑去,那可不是啥好事儿呀!它要是闹起来,能让机器的零部件受到损害,就好像我们身体里有个捣蛋鬼在捣乱,让我们这儿疼那儿不舒服的。
轴电压呢,也不是个省心的主儿。
它就像是给轴施加的一种神秘力量。
要是不注意它,它可能就会偷偷搞破坏。
比如说让机器的运行变得不正常,就像我们走路的时候突然被绊了一跤一样。
咱可不能小瞧了这轴电流和轴电压啊!它们虽然看不见摸不着,但威力可不小。
就好比一只小蚂蚁,看似不起眼,可要是在关键地方捣鼓几下,那也能造成大麻烦呀!在很多机器里,轴电流和轴电压都可能出现。
要是我们不了解它们,不采取措施应对,那机器出问题了可咋办?这就好像我们不知道怎么对付小怪兽,那不是等着被它欺负嘛!那怎么对付它们呢?这可得好好琢磨琢磨。
就像我们要打败一个强大的敌人,得先了解它的弱点一样。
我们要找到合适的方法来限制轴电流和轴电压的影响,让机器能正常工作,不被它们捣乱。
比如说,可以采用一些特殊的绝缘材料,就像给机器穿上一件防护衣,让轴电流和轴电压没法轻易得逞。
还可以改进机器的设计,让它们没那么容易出现。
这就好比给我们的家重新装修一下,让小偷不容易进来。
轴电流和轴电压,这两个家伙虽然有点难缠,但咱也不能怕呀!只要我们认真对待,想办法去应对,它们也不能把我们怎么样。
我们要像勇敢的战士一样,守护好我们的机器,让它们乖乖为我们服务,而不是捣乱。
总之,轴电流和轴电压可不是闹着玩的,我们得重视起来,想办法和它们斗智斗勇。
这样我们的机器才能健康地运行,为我们创造更多的价值呀!你们说是不是呢?。
电动机轴电流产生的原因电动机轴电流的产生原因有多种,主要包括磁路不平衡、变频器供电、静电感应、外部电源介入以及运行中的摩擦接触等。
具体如下:磁路不平衡
磁阻不平衡:由于电动机的扇形冲片、硅钢片叠装及铁芯槽、通风孔的设计,磁路中存在不平衡磁阻,在转轴周遭有交变磁通切割转轴,导致在轴两端感应出轴电压。
转子偏心:转子支撑偏心也会产生脉动磁通,从而在转轴中产生感应电压。
变频器供电
高次谐波分量:使用变频器供电时,电源电压含有较高次的谐波分量,电磁感应作用下,转轴电位发生变化,产生轴电压。
静电感应
高压设备影响:电动机附近高压设备产生的强电场作用,在转轴两端感应出轴电压。
外部电源介入
绝缘破损:大型电机保护元件或感测元件绝缘破损,可能导致轴电压的产生。
运行中的摩擦接触
静电荷积累:负载方面流体与旋转体运行摩擦产生静电荷,电荷积累产生轴电压。
总的来说,电动机轴电流的产生是由于电机内部磁路不平衡、供电方式、静电效应、外部电源干扰等多种因素共同作用的结果。
这些因素导致轴电压的建立,而当轴电压达到一定值并通过轴承形成闭环回路时,就会产生轴电流。
轴电流对风力发电机危害及预防措施风力发电机的轴电流是指在风力发电机运行过程中,由于风轮旋转引起的磁场变化,导致发电机轴上产生电流。
轴电流在一定程度上会对风力发电机造成危害,包括设备损坏、安全隐患和电网干扰等问题。
本文将探讨轴电流对风力发电机的危害以及相应的预防措施。
首先,轴电流会导致风力发电机设备损坏。
当轴电流通过发电机轴流向地面时,会通过基础线圈和地网形成地环电流回路。
这会引起基础线圈和地网的电位上升,从而导致设备绝缘损坏甚至击穿。
另外,轴电流也会导致发电机内部电流增大,引起电气设备过热,甚至损坏发电机的发电绕组、轴承等关键部件。
其次,轴电流还会引发风力发电机的安全隐患。
当轴电流通过航道或阀门上的金属部件流向大地时,这些金属部件可能产生腐蚀和金属疲劳,从而导致零部件的断裂,严重时可能造成风力发电机的倾倒或坍塌,对周围环境和人员造成威胁。
此外,轴电流还会对电网运行产生干扰。
由于轴电流的存在,会在输电线路和绝缘件之间产生电压差。
这可能导致电压跌落或骤变,使电网的电压质量下降,影响电力系统的稳定运行。
同时,如果风力发电机连接到电力系统的中性点发生故障,轴电流会从发电机的中性引起地回路回流。
这会导致电力系统的中性点移位,给运行中的电气设备带来风险。
为了预防和降低轴电流对风力发电机的危害,可以采取以下预防措施:1.地电位控制:通过地网系统降低轴电流流过基础的电气火花及其相关问题。
地网能有效地降低轴电流的流动,减少设备绝缘损坏的风险。
2.处理导电通路:定期检查和维护风力发电机的导电通路,确保连接牢固和导电性良好。
对于可能产生地环电流的金属部件,可以采用导电材料进行接地处理。
3.绝缘检测与维护:定期对风力发电机的绝缘状况进行检测,及时发现和修复绝缘损坏的部位。
可采用专业工具进行绝缘测量,以确保设备安全运行。
4.电力系统协调:与电力系统的运行单位进行密切合作,确保风力发电机与电力系统的协调工作得以顺利实施。
及时沟通和解决可能会对电网产生干扰的问题,保证电力系统的稳定运行。
大型交流异步电动机轴电流的危害与防治范文引言大型交流异步电动机在工业生产和日常生活中广泛应用,其性能稳定、效率高,但长期运行过程中也存在一些问题,其中之一就是轴电流过大问题。
轴电流是指在电动机的轴承上出现的电流,当轴电流过大时,会对电动机及其配套设备造成严重的危害,因此,探讨大型交流异步电动机轴电流的危害与防治措施,具有重要的实际意义。
一、轴电流的危害1.轴承损坏轴电流过大是导致电动机轴承损坏的主要原因之一。
当电动机运行时,电磁场会产生磁通,而磁通与电动机的金属结构形成了一个闭合回路,从而导致了涡流的产生。
涡流的存在会引起电流在金属结构上流动,形成轴电流。
当轴电流过大时,会引起轴承的局部加热和轴承表面电弧放电,从而使得轴承表面出现严重的磨损和腐蚀,最终导致轴承的损坏。
2.电动机绝缘损坏轴电流过大还会导致电动机的绝缘损坏。
电动机的绝缘系统是电动机的重要组成部分,它起到了隔离电机内部的导线和外部金属构件的作用。
然而,轴电流过大会通过轴承和机壳等金属结构流回电机绝缘系统,从而形成了涡流,导致绝缘系统的局部加热和老化。
当绝缘系统受损时,电流会通过绝缘层流入金属结构,导致电机内部各部件的短路,严重时会导致电机的烧坏。
3.电机效率下降轴电流过大还会导致电动机的效率下降。
轴电流会引起电动机内部电阻的增加,从而导致电机的损耗增加,效率下降。
一旦电机的效率下降,不仅会造成能源的浪费,还会引起电机发热过多,甚至发生严重的故障和事故。
二、轴电流的防治1.改善电机绝缘材料为了减少轴电流的产生并保护电机绝缘系统,需要选择合适的绝缘材料。
目前,新型的绝缘材料如磁性材料可以有效降低轴电流的产生,因为它能够吸收电磁场产生的涡流,减少电流在金属结构上的流动。
通过改善绝缘材料的选用,可以降低轴电流的大小,从而减少电机绝缘损坏的风险。
2.安装轴电流抑制装置为了抑制轴电流的产生,可以在电机中安装轴电流抑制装置。
轴电流抑制装置可以通过电阻、电感等器件实现对电流的控制,从而减小轴电流的大小。
电机的轴电流的解决方法介绍电机的轴电流是指电机在运行过程中,电流通过电机的轴向流过的现象。
轴电流的存在可能会导致电机温升加剧、轴承磨损加快、电机寿命缩短等问题。
因此,解决轴电流问题对于保护电机和提高其可靠性至关重要。
轴电流的成因轴电流的产生通常有以下几个原因: 1. 磁通泄漏:磁通泄漏会导致部分磁通通过轴向流到电机的轴上,导致轴电流的产生。
2. 涡流损耗:当电机磁场变化时,轴材质中存在的导电性杂质会产生涡流,形成额外的电流流过轴。
3. 斜坡牧流现象:电机转子做高速旋转时,由于受到电动势的作用,会导致轴电流的产生。
影响轴电流的因素影响轴电流大小的因素有很多,包括: 1. 电机设计参数:电机的设计参数,如磁场分布、定子槽形状等,会直接影响轴电流的大小。
2. 轴材质:轴的导电性以及杂质含量都会对轴电流产生影响。
3. 工作条件:电机的负载、工作环境温度等工作条件也会对轴电流产生一定的影响。
解决方法为了解决电机的轴电流问题,可以从以下几个方面入手:1. 优化电机设计通过优化电机的设计,可以减少磁通泄漏和涡流损耗,从而降低轴电流的大小。
具体的优化方法包括: - 优化定子绕组的布局和形状,减少磁通泄漏; - 采用合适的轴材质和制造工艺,减少涡流损耗; - 通过计算机仿真和实验测试,不断优化电机的设计参数。
2. 使用电机防护装置为了保护电机免受轴电流的侵害,可以安装一些专门的电机防护装置,如轴电流保护器。
轴电流保护器能够感知轴电流的存在,并及时采取措施,如降低负载、切断电源等,以保护电机的安全运行。
3. 控制电机工作条件合理控制电机的工作条件,对于降低轴电流也有一定的作用。
具体的控制方法包括:- 控制电机的负载,避免过载运行; - 保持电机周围的工作环境温度适宜,避免过热导致轴电流增大。
4. 轴电流监测定期对电机的轴电流进行监测,可以及时发现轴电流异常,采取相应的措施。
轴电流监测可以通过专用的电流传感器实现,将监测到的电流信号传输到监测系统中进行分析和处理。
发电机轴电流标准发电机轴电流标准是指在正常运行状态下,发电机输出的电流与轴功率之间的关系。
它是评估发电机性能和工作状态的重要指标之一。
发电机轴电流标准的制定是为了确保发电机的运行安全和有效性。
根据国际标准和行业实践,发电机输出的电流应符合特定的规定范围。
通常情况下,发电机输出的电流与轴功率呈正相关关系。
当轴功率增加时,发电机输出电流也会相应增加。
为了制定发电机轴电流标准,需要考虑以下几个因素:1. 发电机额定功率:该因素决定了发电机能够输出的最大电流,通常以安培(A)为单位进行标识。
2. 发电机类型:不同类型的发电机具有不同的轴电流标准,例如交流发电机和直流发电机。
3. 负载条件:发电机的轴电流受到所连接的负载条件的影响。
负载电阻越小,发电机输出的电流就越大。
4. 额定电压:发电机的轴电流与额定电压之间存在固定的关系。
一般来说,电压越高,发电机输出的电流就越低。
为确保发电机的安全运行,制定发电机轴电流标准时还需考虑以下几个方面:1. 温升:发电机轴电流过高可能会导致设备温度升高,超出安全范围。
因此,在制定轴电流标准时需要考虑发电机的温升限制。
2. 线圈损耗:电流过高会导致发电机线圈过热,从而增加线圈的损耗。
因此,制定轴电流标准时需要考虑发电机线圈的额定功率和热容量。
综上所述,发电机轴电流标准是确保发电机安全有效运行的重要指标。
制定该标准需要考虑发电机的额定功率、类型、负载条件和额定电压等因素,并且需考虑发电机的温升和线圈损耗等安全因素。
只有符合相应的标准,发电机才能稳定可靠地输出电流,并发挥其应有的功效。
轴电流产生的原因在工业自动化和控制系统中,轴电流是一种普遍存在的现象。
在某些情况下,轴电流可能会给机器带来损伤和影响工作效率。
了解轴电流产生的原因是避免此类问题的关键。
轴电流是指在某些机器和设备中,特别是那些使用变频控制器控制电机的设备中出现的一种现象。
当变频器向电机发送传统的三相电信号时,会发生几个故障和问题,而轴电流就是其中之一。
轴电流出现的原因是电机充斥了不同频率的电流。
变频控制器通常会输出一些有节奏的波形,以驱动电机转动。
当这些波形中的某些频率与电机电磁铁圈固有的谐振频率相同或非常接近时,就会产生轴电流。
这使得电磁铁圈和电机轴上的漩涡电流开始形成,并导致电机零部件之间的干扰。
这些干扰可能导致损坏轴承、产生异常噪音、使电机温度升高或锁死电机等问题。
轴电流的解决办法有很多种。
最简单的方法之一是改变变频器输出的信号。
这可以通过更改变频器的参数来实现。
通过将波形中的特定频率减小一点,可以避免与电机谐振体制相遇。
另外,安装过滤器也是一种优秀的减少轴电流的方法。
在电机附近放置一个电磁滤波器,可以将电机和变频器之间的干扰降到最低,从而避免轴电流的产生。
此外,在电机和变频器之间加入一些额外的电容或电阻器也是可能的。
这样可以创建一个额外的路径,以便在变频器上产生的电流有一个备用地方去流。
这样可用减少电机中的不稳定电流,从而消除轴电流。
最后,还有一种方法,是使用更高级的控制器。
一些控制器可以使用先进的调制技术,以消除轴电流。
它们可以识别电机的谐振频率,然后相应调整其输出信号,以等阶避开这些频率。
总的来说,了解轴电流的原因是重要的。
知晓带来它们的原因,是为解决或避免与它们有关的问题,如提高机器效率和降低机器维护成本等的关键。
轴电流引起油碳化的原因分析与处理1 原因分析根据同步发电机结构及工作原理,由于定子铁芯组合缝、定子硅钢片接缝,定子与转子空气间隙不均匀,轴中心与磁场中心不一致等,机组的主轴不可避免地要在一个不完全对称的磁场中旋转。
这样,在轴两端就会产生一个交流电压。
正常情况下要求机组转动部分对地绝缘电阻大于0.5MΩ,如果在大轴两端同时接地就可能产生轴电流。
2 原因查找及处理2.1 接地点的查找能否找到大轴两端的接地点是问题的关键。
由于该机组水导轴承采用水润滑橡胶轴承,在正常运行时,水导轴承内、转轮室里均充满水或非常潮湿。
由于转动部分的绝缘电阻基本为零,这样大轴下部接地已在所难免。
而大轴上部可能接地的部分有上导轴承、推力轴承和受油器等,测量结果均为合格。
为了查找另一接地点,在水导瓦的橡胶端部用500 V摇表测绝缘,电阻为零。
为了进一步验证,又在同一批浇铸出厂的备品水导瓦表面测绝缘,结果也为零,由此证明橡胶瓦本身具有导电性。
为此先将水导轴承拆除,之后对其它部件,安装一个就测量一次大轴绝缘。
当装到受油器油管时,再次出现大轴绝缘为零。
经查,法兰连接处绝缘垫与水导瓦为同一厂家生产,单独测绝缘垫绝缘,其值也基本为零,到此大轴的两个接地点已找到。
2.2 轴电流的导通路径由于轴电压和两个接地点的存在,必然会产生轴电流。
当电流流过一个大的导体时,它的趋表效应是很明显的,它所流过的路径如图1所示。
图中操作油管除了随大轴一起旋转外,在操作桨叶时,还会沿轴线方向作上下运动,由于在操作油管上瓦座中的铜瓦与操作油管导向块之间存在一定的间隙,这样随操作油管的不断运动和电流的流过使间隙中的油膜不断遭到电弧的放电侵蚀,而使油不断碳化。
2.3 轴电流的消除(1)通过更换受油器油管连接处的绝缘垫,以保证大轴不发生两点接地,进而避免轴电流的产生。
(2)大修后应加强对调速系统油质的监督,发现问题及时分析并查明原因。
当电动机在正弦波电源驱动下运行时,通过电机轴的交变磁链产生轴电压。
这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的[1]。
到90年代,以IGBT为功率器件的PWM逆变器作为电机驱动电源时,电机轴电流问题更加严重,且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同。
文献[1]指出,具有高载波频率(例如10kHz以上)的IGBT逆变器导致电动机的轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快。
Busse较为详细地分析了轴承电流的产生及轴承电流密度与轴承损坏之间的关系[2],并建立了PWM驱动下的轴承电流电路模型,但该模型未能体现出轴承电流与逆变器开关频率之间的关系。
为讨论高频PWM脉冲电压驱动时电机轴电压与轴电流的产生机理,本文在建立轴电压与轴电流电路模型的基础上,分析轴电流产生的条件及形式,并针对逆变器输出电压的特性变化以及电机端有无过电压等情况,通过仿真分析得到不同情况下的轴电压与轴承电流波形。
在抑制轴承电流方面,文献[1]给出的办法用正弦波滤波器将PWM电压转换成正弦波电压,使电机工作在正弦波供电状态下,但该方法所串电感大,系统动态响应慢,同时电感上的压降和功耗增大。
本文在逆变器输出端串小电感并辅以RC 吸收网络,可有效抑制PWM逆变器驱动下出现的轴电流。
2 共模电压与轴电压一般认为,磁路不均衡、单极效应和电容电流是电机中产生轴电压的主要原因[3]。
在电网供电的普通电机中,人们一般比较重视磁路不平衡的影响。
但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡,即电源电压的零序分量产生。
由于电路、元器件、连接和回路阻抗的不平衡,电源电压将不可避免地产生零点漂移,该电压将在系统中产生零序电流,轴承则是电机零序回路的一部分。
正弦波电源驱动时,通过计算可知 =0。
在PWM逆变器驱动下,的值取决于逆变器开关状态,且变化周期与逆变器载波频率一致。
事实上,只是共模电压的一种表现形式,由于静电耦合,电机各部分间存在着大小不等的分布电容,因此构成电机的零序回路。
根据传输线理论,一个分布参数电路可用等效的具有相同输入输出关系的集总参数π网络模型代替。
因此,电机分布参数电路可用集总参数电路来等效,形成轴电压的绕组--转子耦合部分电路如图2a)所示,其中Vbrg为轴电压,Ibrg为轴承电流,Va,Vb和Vc为电机输入电压。
尽管Iws 不流过轴承,但它与轴承电流在定子绕组上有相同的路径,势必对轴承电流有所影响。
为便于分析,绕组中心点到定子的耦合部分将不予考虑。
为计算方便,将图2 a)简化为图2 b)所示等效单相驱动电路模型。
图中Z1为电源中点对地阻抗,Z2为旁路阻抗,表征驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等;R0和L0为定子的零序电阻和电感;Csf、Csr和Crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容;Rb为轴承回路电阻;Cb和R1为轴承油膜的电容和非线性阻抗;Usg和Urg分别为定子绕组与转子中性点对地电压。
对于采用逆变器供电的电机,当轴承油膜未被击穿时,由于载波频率高,电容的容抗大大减小,与Xcb相比,Rb很小而R1很大,由于PWM驱动电压为非正弦电压,计算时先将其分解,然后分别求取,轴电压有效值为:。
3 轴承模型与轴承电流的产生由于分布电容的存在和高频脉冲输入电压的激励作用,电机轴上形成耦合共模电压。
事实上,轴电压的出现不仅与上面两个因素有关,且和轴承结构有着直接关系。
转子前后端均由一个轴承支撑,其结构如图3所示。
以其中一个轴承为例,轴承的滚道由内滚道与外滚道组成,当电机转动时,轴承中的滚珠被润滑油层包围,由于润滑油的绝缘作用,轴承滚道与滚珠之间形成电容,如图3b) 所示。
这两个电容在转子—定子回路中以串联形式存在(为便于分析,不考虑滚珠的阻抗),可以等效成一个电容Cbi,i代表轴承中的第i个滚珠。
对于整个轴承而言,各个滚珠与滚道之间的电容以并联形式存在。
所以整个轴承内可以等效成一个电容Cb。
据对轴承的分析,轴承可用一个带有内部电感和电阻的开关来等效。
当滚珠未与滚道接触时,开关断开,转子电压建立;当转子电压超过油膜门槛电压时,油膜击穿开关导通,转子电压迅速内放电,在轴承内形成较大放电电流。
Va、Vb和Vc为电机三相输入电压,L'、R'和C'为输入电压耦合到转子轴的等效集中参数,Cg为Crf和Cb并联后的等效电容。
当轴承滚珠和滚道接触或者轴承内油层被击穿时,Cb不存在,此时Cg仅代表转子轴对机壳的耦合电容。
电容Cb是一个多个变量的函数:Cb(Q,v,T,η,λ,Λ,εr)[2]。
其中Q代表功率,v代表油膜运动速度,T代表温度,η代表润滑剂粘性,λ代表润滑剂添加剂,Λ代表油层厚度,εr代表润滑剂介电常数。
轴承电容Cb与定子到转子耦合电容Csr ,比定子到机壳耦合电容Csf和转子到机壳耦合电容Crf小得多。
这样一来,耦合到电机轴承上的电压便不至于过大,这是因为Crf与Cb并联后的电容比耦合回路中与之串联的Csr大得多,而串联电容回路中,电容越大承受的电压反而越小。
事实上,根据分布电容的特点,很大一部分共模电流是通过定子绕组与铁芯之间的耦合电容Csf传到大地去的,因此轴承电流只是共模电流的一部分。
从图4可看出,形成轴承电流有两种基本途径。
一是由于分布电容的存在,定子绕组和轴承形成一个电压耦合回路,当绕组输入电压为高频PWM脉冲电压时,在这个耦合回路势必产生dv/dt电流,这个电流一部分经Crf传到大地,另一部分经轴承电容Cb传到大地,即形成所谓的dv/dt轴承电流,其大小与输入电压以及电机内分布参数有关。
二是由于轴承电容的存在,电机轴上产生轴电压,当轴电压超过轴承油层的击穿电压时,轴承内外滚道相当于短路,从而在轴承上形成很大放电电流,即所谓的电火花加工(electric discharge machining - EDM)电流。
另外,当电机在转动时,如果滚珠和滚道之间有接触,同样会在轴承上形成大的EDM电流。
为了定量EDM及dv/dt电流对轴承的影响,轴承内的电流密度十分关键。
建立电流密度需估计滚珠与滚道内表面的点接触区域。
根据赫兹点接触理论(Hertzian point contact theory),轴承电气寿命可用如下公式求得[2]:Elec Life(hrs)= (7)式中,代表轴承电流密度。
一般而言,dv/dt电流对轴承寿命影响很小,而由EDM产生的轴承电流密度很大,使得轴承寿命大大降低。
另外,空载时轴承损坏程度反而比重载时大得多,这是因为重载时轴承接触面积增大,无形中减小了轴承电流密度。
4 轴电压与轴承电流的仿真分析为进一步讨论轴承电流与PWM逆变器输出电压特性以及电机端有无过电压之间的关系,本文对dv/dt电流与EDM电流两种形式的轴承电流分别进行仿真分析,结果发现,轴承电流不仅与逆变器载波频率有关,且与逆变器输出脉冲电压的上升时间有关,同时当电机端出现过电压时轴承电流明显增加。
先假定电缆长度为零,根据轴承电流的存在形式可知,dv/dt电流主要是由输入跳变电压引起,因此dv/dt电流大小与逆变器载波频率和电压上升时间有关。
逆变器载波频率越高,一个正弦波周期内产生的dv/dt电流数量也就越多,但此时电流幅值不变。
脉冲电压上升时间是影响dv/dt电流幅值的决定性因素,另外分布电容的大小也影响dv/dt电流幅值。
而EDM电流产生的直接原因是轴电压的存在,因此轴电压的大小决定了EDM电流幅值,轴电压的大小决定于输入电压的大小及电机内分布电容的大小。
虽然逆变器载波频率和脉冲电压上升时间都会影响轴电压的形状,但轴电压的峰值与二者都没有关系,因此EDM电流与二者也没有本质的联系,这是EDM电流与dv/dt电流最大区别之处。
当然,EDM电流还与轴承油层的击穿电压有关,击穿电压越高,产生的EDM电流越大。
为讨论方便,假设轴承击穿电压大于或等于轴电压。
4.1 改变上升时间tr仿真得到不同上升时间的轴电压与轴承电流波形如图5所示,其中图a)和b)为轴电压波形,图c)和d)为轴承电流波形,电流波形中第一次出现振荡的为EDM 电流,其他为dv/dt电流。
由分析可知,1)tr增大轴承电流减少,包括dv/dt 电流与EDM电流。
尤其是dv/dt电流幅值减小十分明显,但tr对EDM电流的影响不大,这主要是因为EDM电流由轴电压以及轴承阻抗决定;2)当tr小于一定值(约为200ns)后,dv/dt电流甚至高于EDM电流;3)改变上升时间对轴电压的影响不大;4)特殊现象:轴电压在电压击穿时出现两次振荡,tr不影响第一次振荡,但影响第二次振荡,且第二次振荡随着tr的上升而减少,其原因是轴承短路后定子绕组到转子的耦合路径依然存在,所以出现一个dv/dt电流振荡。