变频驱动电机轴承电腐蚀的预防和测试方法研究
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在分析变频驱动电机的轴承电腐蚀根源时，需分 析电机寄生电容耦合作用所产生的电容电流、共模电
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变频驱动电机轴承电腐蚀的预防和测试方法研究
2020.№4
流的传输路径和轴承电流的流通回路，因预防轴承 电腐蚀的措施也主要集中在这三个方面[8]。此外，由于 直接测量轴承电流的方法只能够在实验室进行，而对 于现场运行的电机如何进行测量以判断轴承是否发生 电腐蚀或以验证相应预防措施的有效与否，相关间接 测试方法的应用也至关重要。
2020.№4
大电机技术
45
变频驱动电机轴承电腐蚀的预防和测试方法研究
薛利晨 （天津机电职业技术学院，天津 300350）
[摘 要] PWM 变频器所产生的共模电压会在电机寄生电容的耦合作用下引起轴承电流，进而造成轴承电腐 蚀，使得轴承过早失效。本文针对变频器控制电机中共模电压引起轴承电应力这一固有现象，分析了变频驱 动电机中的电容耦合电流，并在此基础上提出了基于共模电流和轴承电流传输路径的轴承电腐蚀预防措施， 以为降低轴承电应力提供解决方法。为了验证预防措施的有效性，又碍于现场直接测量轴承电流的局限性， 本文还描述了相关的间接测量方法及其作用，为解决轴承电腐蚀问题提供了测试依据。 [关键词] 变频驱动电机；轴承电腐蚀；轴承电流；轴电压；PWM [中图分类号] TM303.5 [文献标志码] A [文章编号] 1000-3983(2020)04-0045-07
对于传统的直接由电网供电的电机，由于电机生 产工艺和机械公差设计的要求使得电机的磁路不对 称，从而产生了轴电压，使得在由机壳、轴、轴承组 成的闭合回路中有电流流过，流过轴承的电流称为轴
承电流[3]。对此类轴承电流的通用解决办法是在电机的 非驱动端轴承处切断轴电流的回路[4]。
但在变频器驱动电机中，轴承电流产生的原因相 对要复杂很多，其不只是由于电机内部的磁路不对称， 也包括由变频器产生的共模电压通过电机内部的寄生 电容耦合作用[5]。此外，对于由变频器、电缆和电机组 成的电气传动系统，变频器作为一个干扰源，会将干 扰通过连接电缆以共模电压的形式传送到电机，这意 味着电机是一个噪声接收器，电机对这种干扰的反应 就表现为轴承电流引起的轴承损坏，因此与变频器相 关的轴承电流还是一个典型的 EMC（Electromagnetic Compatibility 电磁兼容）问题[6]。轴承电流的各种物理 原因之间存在着极其复杂的相互关系，意味着预防措 施不能标准化[7]。
The Research and Analysis on the Prevention and Test Method of Electric Corrosion of Converter Driven Motor Bearing XUE Lichen
(Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity, Tianjin 300350, China) Abstract: The common mode voltage produced by PWM inverter causes the bearing current under the coupling action of parasitic capacitance of the motor, which will lead to the premature failure of the bearing due to the electric corrosion of the bearing. In this paper, the capacitance coupling current in converter driven motor is analyzed, aiming at the inherent phenomenon of bearing electric stress caused
0 前言
由于变频器驱动交流电机具有很好的控制和运行 特性，促使这种驱动方式占据了当前驱动技术的核心 地位。典型的PWM变频器工作原理是由直流环节的恒 电压经过逆变器产生幅值和频率可变的三相电源，逆 变器中功率半导体的开关频率通常在几千赫兹，可以 给电机提供近似正弦的电流，同时使得电机的转矩波 动和噪声更低[1]。但这种PWM变频器会使电机的轴承 中有电流流通，进而产生轴承电腐蚀的现象，严重的 话会大大缩短轴承的寿命，增加维护保养成本[2]。因此， 变频驱动电机的轴承电腐蚀问题逐渐的被国内外专业 研究人员重视起来。
. All Rbyitghhe tcosmmRoensmeordveevdol.tage of converter driven motor. On the basis of this, the preventive measures
of bearing electric corrosion based on common mode current and bearing current transmission path are proposed to provide solutions for reducing bearing electric stress. In order to verify the effectiveness of preventive measures and the limitation of the direct measurement of bearing current in the field, the related indirect measurement methods and their functions are described. Key words: converter driven motor; electric corrosion of bearing; bearing current; shaft voltage; PWM
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变频驱动电机轴承电腐蚀的预防和测试方法研究
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流的传输路径和轴承电流的流通回路，因预防轴承 电腐蚀的措施也主要集中在这三个方面[8]。此外，由于 直接测量轴承电流的方法只能够在实验室进行，而对 于现场运行的电机如何进行测量以判断轴承是否发生 电腐蚀或以验证相应预防措施的有效与否，相关间接 测试方法的应用也至关重要。
2020.№4
大电机技术
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变频驱动电机轴承电腐蚀的预防和测试方法研究
薛利晨 （天津机电职业技术学院，天津 300350）
[摘 要] PWM 变频器所产生的共模电压会在电机寄生电容的耦合作用下引起轴承电流，进而造成轴承电腐 蚀，使得轴承过早失效。本文针对变频器控制电机中共模电压引起轴承电应力这一固有现象，分析了变频驱 动电机中的电容耦合电流，并在此基础上提出了基于共模电流和轴承电流传输路径的轴承电腐蚀预防措施， 以为降低轴承电应力提供解决方法。为了验证预防措施的有效性，又碍于现场直接测量轴承电流的局限性， 本文还描述了相关的间接测量方法及其作用，为解决轴承电腐蚀问题提供了测试依据。 [关键词] 变频驱动电机；轴承电腐蚀；轴承电流；轴电压；PWM [中图分类号] TM303.5 [文献标志码] A [文章编号] 1000-3983(2020)04-0045-07
对于传统的直接由电网供电的电机，由于电机生 产工艺和机械公差设计的要求使得电机的磁路不对 称，从而产生了轴电压，使得在由机壳、轴、轴承组 成的闭合回路中有电流流过，流过轴承的电流称为轴
承电流[3]。对此类轴承电流的通用解决办法是在电机的 非驱动端轴承处切断轴电流的回路[4]。
但在变频器驱动电机中，轴承电流产生的原因相 对要复杂很多，其不只是由于电机内部的磁路不对称， 也包括由变频器产生的共模电压通过电机内部的寄生 电容耦合作用[5]。此外，对于由变频器、电缆和电机组 成的电气传动系统，变频器作为一个干扰源，会将干 扰通过连接电缆以共模电压的形式传送到电机，这意 味着电机是一个噪声接收器，电机对这种干扰的反应 就表现为轴承电流引起的轴承损坏，因此与变频器相 关的轴承电流还是一个典型的 EMC（Electromagnetic Compatibility 电磁兼容）问题[6]。轴承电流的各种物理 原因之间存在着极其复杂的相互关系，意味着预防措 施不能标准化[7]。
The Research and Analysis on the Prevention and Test Method of Electric Corrosion of Converter Driven Motor Bearing XUE Lichen
(Tianjin Vocational College of Mechanics and Electricity, Tianjin 300350, China) Abstract: The common mode voltage produced by PWM inverter causes the bearing current under the coupling action of parasitic capacitance of the motor, which will lead to the premature failure of the bearing due to the electric corrosion of the bearing. In this paper, the capacitance coupling current in converter driven motor is analyzed, aiming at the inherent phenomenon of bearing electric stress caused
0 前言
由于变频器驱动交流电机具有很好的控制和运行 特性，促使这种驱动方式占据了当前驱动技术的核心 地位。典型的PWM变频器工作原理是由直流环节的恒 电压经过逆变器产生幅值和频率可变的三相电源，逆 变器中功率半导体的开关频率通常在几千赫兹，可以 给电机提供近似正弦的电流，同时使得电机的转矩波 动和噪声更低[1]。但这种PWM变频器会使电机的轴承 中有电流流通，进而产生轴承电腐蚀的现象，严重的 话会大大缩短轴承的寿命，增加维护保养成本[2]。因此， 变频驱动电机的轴承电腐蚀问题逐渐的被国内外专业 研究人员重视起来。
. All Rbyitghhe tcosmmRoensmeordveevdol.tage of converter driven motor. On the basis of this, the preventive measures
of bearing electric corrosion based on common mode current and bearing current transmission path are proposed to provide solutions for reducing bearing electric stress. In order to verify the effectiveness of preventive measures and the limitation of the direct measurement of bearing current in the field, the related indirect measurement methods and their functions are described. Key words: converter driven motor; electric corrosion of bearing; bearing current; shaft voltage; PWM