变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制
变频电机轴电流产生的原理分析及应对措施
Le的 计
Jv = h J S h
式 中 ， 为轴承的电流密度(A/mm2) ;!b为 轴 电 流 （A ) ;Sb为轴
(柱$与 道的
(mm2$ 。
研究表明， 的电流密度J b<0. 5 6 A/mm2时 ，Le远大
于的
，轴承电流不会对
的运行
带
著的影响；当 J b=0. 8 A/mm2时 ，Le与轴承的机械寿命相当，此
电
，一般工频电
电压
的 包 括磁路不平衡、静 电 感 应 、电 容电流等。 ：弦
工 频 电 网 供 电 时 ，正 常 情 况
电位差
，对 电 机
的影响
。
广泛应用的变频电机大 用 P W M 逆变 器 供 电 ，这
时电机的轴电压主要 于电源 输出电压的 和 不 为 0
的零
。变 频 器 P W M 脉宽调制导致调速驱动系统
电气工程与自动化！Dianqi Gongcheng yu Zidonghua
变频电机轴电流产生的原理分析及应对措施
王刚 (西门子（中国）有限公司上海分公司，上 海 200082)
摘 要 :对变频电 电流 的
行，
电流的危害，提出了多种应对措施。
关键词:变频电机;轴电压;轴电流;轴承;绝缘；电 容
0 引言
变时
过电机定子绕组相对转子之间的电
பைடு நூலகம்
容 C胃
对外壳之间的电容Cb充 电 。轴和轴承
之间的 电压时间特
所有电
时 或 多 或 少 都 会 产 生 轴 电 压 ，电 机 所 容 许 的
电 压 或 轴 电 流 与 很 多 因 素 有 关 。轴 电 压 的 精 确 限 值 几 乎 不
变频调速电机轴电压和轴电流问题及解决措施
变频调速电机轴电压和轴电流问题及解决措施2017年12月目录1变频调速电机轴电压和轴电流问题的种类和形成原因 (1)2低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的重要性 (2)3低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的难点 (3)4.一般变频调速电机轴电压和轴电流问题的解决方案 (4)5.低压大功率变频调速电机轴电压和轴电流问题的解决方案初探 (5)4变频调速电机轴电压和轴承电流试验测试 (11)1变频调速电机轴电压和轴电流问题的种类和形成原因电机运行时，轴承两端之间产生的电位差称之为“轴电压”，该电压加在由电机转轴、轴承、端盖、机座构成的回路中，从而引起了轴承电流（该电流也可能通过联轴器传递至传动机械，见图1）。
轴承电流一般存在3种不同的形式：环路电流、 dV／dt电流和EDM(electrical discharge machining)电流。
这3种不同的形式可以单独出现，也可以同时出现。
图1➢环路电流：正弦波驱动的电机系统中电机的结构上的不对称、气隙不均匀等）。
不对称的磁路会在磁轭产生环形交流磁通（环状磁通），从而产生交流感应电压。
当感应电压破坏轴承润滑剂的绝缘能力时，就会有电流流过此回路。
流经途径为导电的电机轴、机壳、轴承沟道、滚动体等。
图2为环路电流可能流经的各部分零部件所组成的通路。
图2➢dV／dt电流：PWM逆变器中，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的产生零点漂移，从而产生高频的共模电压。
由于寄生电容Cwr的存在，在电机轴上会形成轴电压Vshaft。
由于电机端输入的是PWM脉冲电压，这些脉冲序列电压耦合到电机轴上会得到交变轴电压，经过轴承电容流到大地，从而产生形成dV／dt轴承电流。
dV／dt电流一般只有0.1～0.15A，主要为高频分量，对轴承影响很小，主要是持续不断地腐蚀着轴承上的润滑剂，最后造成电介质击穿。
➢EDM电流：第3种形式的轴承电流是由内外圈的间隙（包括油膜）电容放电引起的轴承电流，又叫EDM电流。
变频调速电机轴电流产生机理及措施
变频调速电机轴电流产生机理及措施摘要：简要分析了变频调速电机轴电流产生的主要原因，并提出了针对性的处理建议，通过这些改进，可有效地减少轴电流对轴承侵蚀的发生机率，提高电机的运行可靠性。
关键词：轴电流；绝缘轴承；绝缘端盖0 引言随着单机容量的逐渐增大和变频供电设备的推广使用，轴电流成为电机轴承损伤的一个严重问题。
电机的主轴在磁场中旋转，磁路不对称、静电效应、轴的永久磁化等因素，特别是PWM变频器供电的电机，由于变频器脉冲式的供电方式，输出的共模电压不为零，共模电压作用于绕组，与杂散耦合电容形成共模电流通路，经过两端轴承油膜-端盖形成通路的轴电流就是其中一部分。
轴电压的波形具有复杂的谐波脉冲分量，在正常情况下轴电压较低时，轴承油膜就能起到良好的绝缘、润滑作用。
但是由于某些原因当轴电压提高的一定的数值，就会击穿油膜放电，不但会破坏油膜的稳定性，使润滑脂逐渐劣化，同时，由于轴电流从轴承的金属接触点通过，由于接触点很小，电流密度很大，这就有可能形成了一个的电火花加工电流，在瞬间产生局部高温，使击穿点局部熔化，在滚道内表面出现很多小凹坑，轴承运行条件逐渐变差，最终，轴承会因机械磨损加具而失效。
如下图所示：附图一杂散电容及共模电流通路Cwf-定子绕组与定子铁心的耦合电容Crf-定子铁心与转子的耦合电容Cwr-定子绕组与转子的耦合电容Cb-轴承油膜的等效电容1 预防措施一：绝缘轴承1.1绝缘轴承结构及优点：绝缘轴承分为内圈涂层绝缘轴承、外圈涂层绝缘轴承和使用陶瓷材料滚动体的绝缘轴承。
前两种绝缘轴承的涂层以等离子喷涂的方式将陶瓷材料涂覆在轴承的内、外圈表面，这种陶瓷材料在潮湿的环境中依然能够保持良好的绝缘性能；陶瓷材料滚动体绝缘轴承是直接将陶瓷材料的制作成滚动体，这种轴承体电阻非常大，可以有效的隔断轴电流。
附图二采用绝缘轴承的的轴承单元示意图1.2绝缘轴承的缺点：需要直接采购绝缘轴承，这种绝缘轴承国内基本不生产，几乎全部依赖进口。
变频电机轴电流产生的原理分析及应对措施
变频电机轴电流产生的原理分析及应对措施概述在变频电机应用过程中，轴电流问题经常会受到重视。
因为轴电流大大影响电机运行稳定性和寿命，通过分析轴电流的产生原理，我们可以采取一些有效的应对措施，提高电机的使用效果和寿命。
本文将对变频电机轴电流产生的原理进行分析，并提出相应的解决方案。
变频电机轴电流产生原理声磁耦合原理在变频电机开关管的控制下，电机的电源电压不断变换，产生频繁的电磁波动。
这种电磁波动可以锁定电机铁芯磁路的频率，从而产生定子和转子之间的声磁耦合作用。
这种声磁耦合效应可以产生轴电流。
物理机制当电机旋转时，定子和转子之间会产生磁场差异。
当电机被反向运行时，传递磁场的磁通量会转移。
这种磁通量变化会在转动轴上产生感应电流，进而导致轴电流。
因此，当电机发生反转现象时，会产生轴电流。
频率问题电机轴电流的产生主要取决于电机的运行频率。
当电机运行频率低于10Hz时，一般不会产生轴电流。
而当运行频率达到10Hz以上时，轴电流的产生率逐渐增加。
当运行频率达到50Hz甚至更高时，轴电流的产生率会非常高。
变频电机轴电流应对措施为了解决变频电机的轴电流问题，我们可以采取以下措施。
实施反电动势降噪措施在电机运行的过程中，特别是当电机运行频率过高时，电机会产生反电动势，这种反电动势也会沿轴线产生电压，引发轴电流。
因此，我们可以针对电机产生的反电动势进行降噪措施，如在电路中加装反电动势滤波器、加装对称容量、限流电容等措施，有效减少轴电流的产生率。
加装零序电流保护当电机运行频率达到一定程度时，轴电流的产生率明显增加。
在这种情况下，加装零序电流保护装置可以有效降低轴电流的产生率，从而减少电机的损坏风险。
同时，这种零序电流保护装置还可以有效检测其它故障，如短路、接地等问题。
采用卟啉弱磁环电机的铁芯一般是由硅钢片构成，硅钢片中还会含有铝、钚、卟啉等元素，其中，卟啉是一种磁性很弱的元素。
我们可以通过在变频电机的铁芯中加入一定比例的卟啉物质，来有效降低电机磁强度，从而减少轴电流的产生。
电动机轴电流产生原因、危害及消除方法
电动机轴电流产生原因、危害及消除方法作者：孟令英李士华来源：《卷宗》2018年第05期摘要：高压电机在运行中会产生轴电流，造成电机轴承表面电腐蚀严重，内圆形成“搓板效应”，引起过热现象。
如发现不及时就会造成轴承烧毁事故，严重影响设备的安全运行。
通过此办法可以有效地解决和避免轴承烧毁事故。
关键词：轴电流、轴电压、搓板效应、旋转磁通一、产生轴电流的原因：1、造成产生轴电流的原因之一是制造厂在制造电机时，由于定子、转子沿铁芯圆周方向的磁阻不均，产生与转轴交链的磁通，从而感应出电动势。
由于轴电流或轴电压不易测出，当发生滚动轴承烧损事故时，一时找不到原因。
但当用带有绝缘圈的特制轴承套更换原轴承套后，便会测出轴电压，才能发觉到电机有轴电流产生。
2、由于磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在；当转子绕组发生接地故障，有接地电流产生时；转轴上有剩余磁通，起单极发电机作用；铁芯材料方向性引起磁路的磁阻不均；由静电引起，但一般静电电流较小，作用不会太大；设计时选择扇形片数与极对数关系不正确。
假设电机的极对数为p，定子铁芯接缝数为n，则分数n/ p约分后为n′/ p′，当n′为偶数时，不会产生轴电流；当n′为奇数时，会产生频率为fn′的轴电流。
这里的f为电机电源频率。
比如电源频率为50 Hz、8极电动机，它的定子冲片接缝数为6，则n/p = 6/4 = 3/2。
n′=3是奇数，故该电机就有轴电流产生。
轴电流频率为fn′=50 Hz×3=150 Hz。
虽然电机因各种原因产生的轴电压很低，只有0.5～2 V左右，但因电流回路阻抗很小，所以将有很大轴电流产生，对电机滚动轴承危害很大。
二、轴电流烧伤滚动轴承的特征有时轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故不会引起人们的注意。
在发生轴承烧损事故时，往往只注意从机械配合方面考虑。
更换新轴承后，因为电机的轴电流并没有消除，又引起轴承烧损事故，造成不必要的损失。
使用滚动轴承的大、中型电机，一旦发生轴承损坏事故，在检修中要特别注意检查轴承表面痕迹。
探析变频电机轴电流的产生机理及应对措施
探析变频电机轴电流的产生机理及应对措施作者：周正阳曹宁孙晓伟来源：《中国科技博览》2015年第26期[摘要]随着交流变频调速技术日渐成熟，交流变频电机驱动性能显著提高，但是变频电机轴电流导致轴承故障的现象也不容忽视。
本文分析变频电机轴电流产生机理及危害，在此基础上，针对性提出了防止变频电机轴电流危害的措施。
[关键词]变频电机；轴电流；产生机理中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0217-011.电机轴电流产生的原因及危害西门子变频器的控制方式主有SPWM、WVP—WM、VC三种。
SPWM即正弦脉宽调制，SVPWM即电压空间矢量、VC即矢量控制。
短纤维装置西门子变频器采用的是带测速编码器的矢量控制方式。
从电动机工作原理分析，交流电源在电机线圈中产生的磁场是三相对称的，如果电机三相绕组相电流相同并且电流的相位角都差120°时，电机内部磁场平衡，不会产生轴电压，也就不存在产生轴电流的条件。
导致电机内部磁场不平衡可以从两个方面进行分析：（1）电动机存在设计缺陷，导致结构不对称；（2）驱动电动机的电源输出电压不对称。
由于电动机采用西门子变频器驱动，输出三相电压的频率、幅值、相位都在随时间变化，电机内部的磁场平衡状态被打破，三相电压矢量和不为零的零序分量将会使电机轴端产生轴电压。
西门子6SE70变频器输出PWM脉宽调制波形，其中包含高频谐波，高频谐波会在电机转子、定子线圈以及电机的动力电缆中发生电磁感应现象，定子绕组和电机基座之间的分布电容会在电压耦合下与电动机的外壳构成共模回路，高频率波动的共模电压与转子容性耦合使得电机转轴对地产生脉冲电压，脉冲电压在系统中产生零序电流。
电机轴承的脉冲电压峰值最高可达到10～40V，轴承中的轴电流是该回路的主要组成部分。
实践中发现，峰值电压的大小与6SE70变频器的载波频率有关，载波频率越低，脉冲电压越高，对点击传动轴承的损伤也更为严重。
变频技术对交流电动机轴电流的影响与预防5.28
变频技术对交流电动机轴电流的影响与预防大型交流电动机运行中产生轴电压是不可避免的，轴电流作用在电机轴承上引起轴承烧损的事故并没有引起人们的重视。
而且，随着变频技术和大功率、高切换频率功率元件的应用，轴电流导致轴承损坏、电机振动、发热的情况有迅速上升的趋势。
人们往往只注意从机械配合方面考虑，严格更换新轴承装配工艺，忽视了轴电流的预防，导致短时间内连续发生轴承烧损事故，直接影响了电动机运行的可靠寿命，应该引起电动机用户和电机制造厂商的关注。
1 工频运行下电动机轴电流的形成与危害1.1 轴电压产生的原因旋转电机在运行中产生轴电压的原因有轴交链交变磁通和静电荷积累两种。
前者产生的轴电压是连续的、周期性的。
通常,电动机的转子在对称的正弦交变磁场中运行，电动机转子切割磁场感应的交变电势所产生的交变电流也是对称的，所以，正常时转子两端间不会有不对称电压的出现。
但是，当电动机定子铁心的圆周方向上的磁阻出现不平衡时，便产生与轴相交链含有谐波的交变磁通，这时就会产生不对称交变电势。
随着磁极的旋转，与轴相交链的磁通交替变化，便产生了轴电压。
这种电压是沿轴向而产生的。
一般情况下，这种轴电压大约为1～2 V。
然而，静电荷产生的轴电压是间歇的，并且是非周期的，其大小与运转状态、流体的状态等因素关系很大。
电动机在运行过程中，负载方面的流体会与运行的旋转体摩擦而在旋转体上产生静电荷，电荷逐渐积累便产生轴电压。
由这种情况产生的轴电压和由磁交变所产生的轴电压在机理上是不同的。
轴电压一般不高，通常在8～10V左右。
在测定轴电压时应选用10～20V的高内阻交流电压表，被试电机在额定电压下空载运行，如图(1)所示，用电压表测定轴电压U1，然后将转轴一端与其轴承座短接，测轴承对地的轴电压U2，测点表面应与电压表引线接触良好。
轴承外圈，转轴，转子，同时，比较U1和U2可以得知油膜的绝缘状况：当U1 = U2 说明油膜状态良好。
当U1 > 1.1 U2 说明油膜绝缘不良。
变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制
变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制1 引言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。
变频电机轴电流产生的原因及对策
所谓轴电压是指转轴两端之间或转轴与轴承之间的电位差。轴电压由轴颈、油膜、轴 承、基座及基础底座构成回路，当油膜被破坏时，就在回路内产生电流，即为轴电流。 1、 变频电机轴电压产生的原因 1）磁不平衡产生轴电压。电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁心槽、 通风孔等的存在，造成在磁路中通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。 2）变频电源供电产生轴电压。电动机采用变频电源供电时，电源三相输出电压的矢 量和不为零，产生零序电压分量（共模电压）。
由于定子绕组和电机机壳之间存在很大的耦合电容，在高频的du/dt下，经定子绕组 到机壳之间的耦合电容，产生电机绕组对地的漏电流，这些电流的频率由100 kHz变 化到几MHz。这些频率变化的对地电流将在电机转轴周围产生变化的磁通，这种变 化的磁通会在电机转轴上产生轴电压。 3）静电感应产生轴电压。在电动机运行现场周围有较多高压设备，在强电场的作用 下，在转轴的两端感应出轴电压。 4）外部电源的介入产生轴电压。由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测 量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。 5）其他原因。如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产 生。
当电机在正常运行过程中，电机轴承内部形成油膜，在电机轴伸端和非轴伸端形成 轴承电容 C b ,C nb , 加之电机系统内部耦合电容分压影响（电机内部定子绕组到机 壳之间存在耦合电容 C wf , 定子绕组到转子之间存在耦合电容 C wr , 转子到机壳之 间存在耦合电容 C rf ），整个电气拖动系统产生轴承电压，如图1所示。
四、抑制轴电压产生危害的对策
为避免轴电流流过轴承，有三种方案选择：一是加装接地碳刷，二是采用绝缘轴承， 三是采用绝缘轴承套结构。今天我们只涉及一个话题，绝缘轴承，也就是防电蚀轴 承。。 绝缘轴承包括所有能阻止电流通过通道“外圈——滚动体——内圈”的滚动轴承。包 括混合陶瓷轴承和电绝缘轴承 混合陶瓷轴承，轴承内外圈由轴承钢制成，和氮化硅制成的滚动体组合成为绝缘轴 承。除具有良好的电绝缘特性以外，可在更高转速下运行
变频器过电压、过电流产生的原因和处理方法
变频器是电气系统中经常要用到，但是变频器的使用寿命也会因为过压和过流而变短，而一旦变频器失效会对整个电气系统产生严重故障。
所以电工对于变频器保养维护技巧也逐渐被重视和关注，毕竟任何人都会想自己购买的变频器能够“活”的更久，那么变频器该如何“长寿”?1、正确的接线及参数设置。
在安装变频器之前一定要熟读其手册，掌握其用法、注意事项和接线;安装好后，再根据使用正确设置参数。
2、环境温度对变频器的使用寿命有很大的影响。
环境温度每升10℃，则变频器寿命减半，所以周围环境温度及变频器散热的问题一定要解决好。
3、V/F控制属于恒转矩调整。
而矢量控制使电机的输出转矩和电压的平方成正比的增加，从而改善电机在低速时的输出转矩。
4、若系统采用工频/变频切换方式运行，工频输出与变频输出的互锁要可靠。
而且开停泵、工频/变频切换都要停变频器，再操作接触器。
由于触点粘连及大容量接触器电弧的熄灭需要一定时间，上述切换的顺序、时间要考虑周全。
5、外部控制信号失效的问题。
一般是几种情况：信号模式不正确、端子接线错误、参数设置不正确或外部信号自身有问题。
6、注意转速与扬程的关系。
电机的选择及其最佳工作段是比较重要的问题。
如果变频器长时间运行在5HZ以下，则电机发热成了突出问题。
7、过电流跳闸和过载跳闸的区别。
过电流主要用于保护变频器，而过载主要用于保护电动机。
因为变频器的容量有时需要比电动机的容量加大一挡或两挡，这种情况下，电动机过载时，变频器不一定过电流。
过载保护由变频器内部的电子热保护功能进行，在预置电子热保护时，应该准确地预置“电流取用比”即电动机额定电流和变频器额定电流之比的百分数。
变频器过电压产生的原因及处理方法变频器过电压产生的原因(1)分断变压器出现的过电压按照截流过电压形成的理论，当断开变压器时，变压器电感中的电流不能突变、其中存储的磁场能量，在变压器励磁电感和对地电容间形成振荡，从而出现过电压。
(2)变压器带负载合闸产生的过电压在实际试验中，合空载变压器曾检测到数倍于电源电压的过电压，其物理原理为：空载变压器仍可等值于一个励磁电感与变压器本身的等效电容的并联，如果变压器的中性点不接地，开关又是非周期合闸(一相或两相先合)，由于馈线电容、变压器对地电容、纵向电容与变压器电感产生振荡，结果产生较高的过电压，特别是变压器中性点过电压较高。
PWM变频器引发电动机的轴承电流及抑制方法
1312006年第7期下学术理论现代企业教育M OD ER N EN TERPR I SE ED U C ATI O N 现代企业教育能稳定在熔接过程中应注意以下几点1接时要根据光纤材料和类型正确合理地设置熔接参数如预熔电流预熔时间主熔电流主熔时间及光纤送入量等关键参数2在熔接过程中还应及时清洁熔接机V 形槽电极物镜熔接室等随时观察熔接中有无气泡过细过粗虚熔分离错位等不良现象注意O TDR 跟踪监测结果及时分析产生上述不良现象的原因采取相应的改进措施3如多次出现虚熔现象则应检查熔接的两根光纤的材料型号是否匹配切刀和熔接机是否被灰尘污染并检查电极氧化状况若均正常则应适当提高熔接电流4熔接完成后应调整好光纤使裸纤位于热缩管的中间位置切不可使裸纤露在热缩管外面然后放入加热仓中进行加热5熔接完成后要及时做好记录包括顺序芯数颜色熔接损耗等6熔接机电极的使用寿命一般约2000次使用时间较长的熔接机电极会被氧化导致放电电流偏大而使熔接损耗值增加此时可拆下电极用蘸酒精的医用脱脂棉轻轻擦拭后再装到熔接机上并放电清洗一次若多次清洗后放电电流仍偏大则须重新更换电极1.概述当电动机在正弦波电压驱动下运行时通过电机转轴的交变磁链就会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变化而产生的P W M 逆变器作为电机驱动电压时会使电机轴电流问题更加严重P W M 逆变器载波高频性和功率器件的高速开关性会使其输出电压高率变化导致du/dt 很大较大的差模即线电压包括正序和逆序du/dt 将导致长线传输时电机端电压及电缆内电压加倍升高对电机和电缆的绝缘构成严重威胁较大的共模即零序电压du/dt 将引起高频漏电流经大地与电动机的电缆线及大地与变换电路间的寄生电容流过轴承电流经电动机转轴和机架间的轴承流过特别是变频器驱动大容量电动机时容易产生轴电压和轴承电流从而诱发周边设备误动作而造成电动机轴承损坏2.电机的杂散耦合在分析电机的轴电压和轴承电流时通常认为以下的三个耦合因素起着很重要的作用电机绕组与定子之间的耦合C1电机绕组与转子之间的耦合C2电机定子与转子之间的耦合C 3这些耦合产生的寄生电容数量虽然不大但当I G B T I nsul at e d G at e B i pol ar T r ansi st or 等开关器件的开关频率和du/dt 达到一定数值后就会对电机轴承产生巨大的危害电机轴承的内圈和外圈之间是滚珠滚珠上面涂有润滑剂该润滑剂在内外圈之间形成电解质所以将在轴承的内外圈上形成一个电容C 4分析轴承的电特性并对它建模轴承可以等效成一个电容和一个随机开关共模电压和电机杂散耦合的参数模型的等效电路图如图1所示其中串联阻抗Z 1和并联阻抗Z 2用以等效连接电机和变频器的电缆和两者之间的滤波装置等R 1和L 1代表电机定子绕组R2C 4Z 3和C 5分别是串联轴承电阻轴承电容轴承非线性阻抗和套筒电容当电机运行时轴承的内外圈并没有电接触此时对电容C4充电当电容两端的电压超过它承受的电压时或由于电机运行时的振动等因素造成轴承内外圈短路时相当于随机开关闭合此时C 4放电将形成所谓的放电加工E l e ct r i c D i s char ge M a-chi ni ng 即E D M电流3.轴电压和轴承电流产生的原因轴电压产生的原因包括电磁感应内部与外部源静电感应P W M逆变器对电机轴承的影响属于外部源静电感应在正弦交流电压驱动下的电机轴承能承受击穿的电压阈值为0.4V 轴电压小于0.3V 为安全轴电压为0.5V 1.0V 将形成有害的轴承电流当轴电压大于2V 将损坏轴承轴承电流的产生可以分为三个部分ED M 电流du/dt 电流环路电流其中前两个为非环路电流非环路电流的通路为从逆变器端经绕组到转子再通过轴承至定子外壳流入地产生的原因有两个一是共模电压的产生二是高频下定子绕组与转子及定子侧的寄生电容的耦合ED M 电流的影响主要是使轴承的座圈产生凸起或凹槽这是因为当电动机所产生的轴电压超过最大值时将在轴承上产生所谓的闪络电流该电流有很强的热效应使得与该点接触的金属熔化熔化的金属粒子被带到润滑剂中从而增加轴承的摩擦使电动机的轴承损坏EDM 电流产生的直接原因是因为轴电压的存在轴电压的大小决定了EDM 电流的幅值决定输入于输入电压的大小和分布电容的大小du/dt 电流主要由输入跳变电压引起其大小与逆变器载波频率和电压上升时间t r 有关逆变器载波频率越高在一个周期内产生的du/dt 电流数量越多但此时幅值不变脉冲电压上升时间是影响du/dt 电流幅值的决定性因素另外分布电容也影响du/PW M 变频器引发电动机的轴承电流及抑制方法于彭波威海职业学院山东威海264210摘要高频P W M 脉冲输入下电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路从而引起轴电压和轴承电流d u/d t 电流主要与PW M 的上升时间t r 有关t r 越小du/dt 电流的幅值越大逆变器载波频率越高轴承电流中的du/dt 电流成分越多ED M 电流出现存在一定的偶然性只有当轴承润滑油层被击穿或轴承内发生接触才可能出现其幅值主要取决于轴电压的大小关键词高频PW M du/dt 电流E D M 电流环路电流图1共模电压和电机杂散耦合的参数模型的等效电路132科技探讨现代企业教育M OD ER N EN TERPR I SE ED U C ATI O Ndt 电流幅值引起环路电流原因与非环路电流相似不再叙述环路电流的流向是从转子经轴承定子另一轴承回到转子从而形成一个回路由于流入和流出绕组的电流不相等有一部分电流流入寄生电中形成所谓的非平衡电流4.抑制轴承电流漏电流的方法抑制轴承电流有效的办法是降低逆变器输出电压的du/dt 但逆变器本身输出的脉冲电压上升时间是由功率器件的开关特性决定的因此只能在逆变器的输出端附加装置改变其输出电压的du /dt4.1共模变压器方式该方式是在逆变器的输出端和电动机之间插入电感以抑制漏电流典型的方式是使用共模扼流圈实际上漏电流的峰值得到抑制了有效值也增大了如图2所示在共模扼流圈处追加一个由电阻短路的线圈即利用共模变压器以衰减谐波振荡由开关动作产生的共模电流感应到共模变压器的二次侧经电阻将其消耗掉适当选择二次侧电阻Rt 的数值可以减小漏电流但产生了电阻功耗的问题4.2共模滤波器方式如图3所示在高频漏电流的通路上接上Y联结的旁路电容并将其中性点接地使高频漏电流旁路这种方法在以前是作为EM I 电磁干扰滤波器在逆变输出端插入电容由于该方法在旁路电路上有高频漏电流流过因此要考虑不要使旁路电路周边的设备发生误动作4.3检测中性点电位分式如图4所示将共模变压器二次绕组的一端接到由电阻和电容构成的Y 联结的中性点的电位上另一端接到地上以抑制漏电流由逆变器开关模式的变化引起中性点电位的波动量感应到二次绕组从而减小流入电动机的漏电流4.4利用有源消谐的方式该方式是通过检测共模电流或电压利用有源元件叠加反相的共模电流或电压以消除该高频漏电流如图5所示共模电压检测方式的电路结构逆变器的输出端接上Y 联结的电容以检测出共模电压并作为推挽型射极跟随电路晶体管基极的驱动电源通过叠加反相的共模电压抑制漏电流虽然晶体管必须工作在不饱和区但能在很宽的频率范围内抑制漏电流结束语高频P W M 脉冲输入下电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路引起轴电压轴承电流的问题逆变器载波频率越高轴承电流中的du/dt 电流成分越多该谐波的控制对策对于中频电源UPS 等也适合参考文献1半导体变流技术上海理工大学莫正康主编机械工业出版社1999年再版2电压型P W M 逆变器的波形失真及补偿方法陈国呈编冶金自动化1990年3电机与拖动基础上下册机械工业出版社顾绳谷主编1980年1前言随着网络的日益发展网络技术一方面为我国国民经济的建设人民的物质文化生活带来巨大的变化和财富的同时另一方面也对传统的国家安全体系提出了严峻的挑战分析网络安全问题研究网络安全技术已成为各个国家非常重视的研究课题建立一个较为完备的网络安全体系包括要建设一个安全的网络设施制定一个完善的网络安全对策建设一个高水平的网络安全技术队伍以及实行严格的网络管理2网络安全现状网络安全防范体系的探讨黄燕妮惠州市工业科技学校广东惠州516001摘要本文分析了当前网络的安全现状所面临的安全威胁安全需求以及网络安全技术的最新发展提出了建立包括网络安全隔离入侵检测系统漏洞扫描防病毒系统安全管理以及系统的备份与恢复等方面的网络安全防范体系关键词网络安全网络安全技术网络安全防范体系图2共模变压器方法抑制轴承电流漏电流图3共模电流旁路方法抑制轴承电流漏电流图4检测中性点电位方式抑制轴承电流漏电流图5有源消谐方式抑制轴承电流漏电流。
变频驱动电机轴电压轴承电流研究
变频驱动电机轴电压轴承电流研究曹 鹏（卧龙电气驱动集团股份有限公司）摘 要：本文对变频驱动电机的轴电压和轴承电流进行研究，主要探讨了变频驱动电机在不同工况下轴电压和轴承电流的变化规律以及其对电机寿命的影响。
本研究通过实验测量和模拟分析，探究了变频驱动电机轴电压和轴承电流的变化规律。
在此基础上，本研究提出了相应的寿命预测和优化控制策略，旨在通过降低轴电压和轴承电流的波动，延长电机的使用寿命。
通过实验验证，该策略能够有效降低轴电压和轴承电流的波动，提高电机的使用寿命，具有一定的实际应用价值。
关键词：变频驱动电机；轴电压；轴承电流；寿命预测；优化控制０ 引言随着工业自动化水平的提高，越来越多的企业开始采用变频驱动电机。
变频驱动电机具有调速范围广、节能、控制精度高等优点，因此被广泛应用于机械、化工、矿山等行业。
但是，变频驱动电机的轴电压和轴承电流等运行参数的变化会对电机的寿命和运行效率产生很大影响。
轴电压的不稳定性会导致电机绕组温度升高，进而影响绝缘系统的寿命；轴承电流的变化则会对轴承产生较大的摩擦力，导致轴承寿命缩短。
因此，研究变频驱动电机的运行参数对电机寿命和运行效率的影响，对于提高电机的可靠性和降低企业的生产成本具有重要的理论和实际意义。
１ 变频驱动电机轴电压的变化规律研究１ １ 变频驱动电机轴电压的测量方法变频驱动电机轴电压［１ ３］的测量方法是非常关键的，因为它能够有效地帮助我们了解电机的运行状态。
在进行测量时，首先需要选择一种合适的传感器，这个传感器需要具备高精度、高灵敏度和高可靠性等特点。
在使用传感器时，需要注意其安装位置和安装方法，以免影响测量结果。
在进行测量时，需要将传感器与数据采集设备连接起来，并按照一定的采样间隔进行数据采集。
在数据处理方面，需要将采集到的数据进行滤波和去噪处理，以确保数据的准确性和可靠性。
对于电机的运行状态和性能表现，数据分析和比较是至关重要的。
通过对电机的运行数据进行分析，可以了解电机的运行状况，例如电机的转速、电流、功率等指标，从而判断电机的工作状态是否正常。
电机轴电流的产生及预防措施
低频轴电流轴电流产生的原因是由于采用了变频技术，或者电机制造中产生的不对称，从而在电机转轴两端产生轴电流。
这些轴电流往往频率不高，属于低频轴电流。
一般而言，交流传动系统都会产生轴电流，但是大多数系统的轴电流幅值较小，没有达到危害程度。
如果系统的轴电流较大，可能会损坏电机轴承，甚至齿轮箱轴承。
因为滚动轴承的油膜一般比较薄，对轴电压比较敏感，轴电流流过滚动体与内外圈的细微接触点时，如果电压比较高，内外圈表面的接触面就会出现击穿的痕迹。
一般要求滚动轴承的轴电压小于300mV。
高频轴电流现代电机设计和制造工艺几乎已经消除了低频轴电流，但是现代交流传动系统由于采用PWM变频供电方式和使用IGBT等快速切换元件，所以在轴承上会产生高频电流脉冲。
如果这些脉冲的能量足够高，就会损坏轴承，被损坏轴承的形状呈间断的烧伤条纹典型三相正弦电源是平衡的，即三相的矢量和总是等于零。
由于前述PWM电源存在谐波，所以PWM电源的三相输出电压的矢量和不为零，导致中性点的电压不等于零，这个电压可以定义为共模电压源。
任何时候，当两个导体通过绝缘体隔离开后就产生电容。
例如，电缆的相线与PE线之间有PVC绝缘电容，所以电机绕组与外壳有镀层和片间绝缘有电容。
电缆间电容，尤其是电机内部的电缆间电容非常小，小电容意味着对低频的高阻抗，可以阻止低频杂散电流。
然而对于高频电流，即使电机内电容很小，也会产生一个低阻抗通道使电流可以通过。
每次三相逆变输出的一相由一种电压状态切换到另一种状态时，会产生一个正比于该电压的电流，通过输出电路所有元件的接地电容流向大地。
电流通过接地导体和逆变器的杂散电容流回电源。
由于系统不可避免地存在寄生电容，所以在较高的dv/dt下，高频电压会产生容性寄生电流。
高频轴电流有几种形式，有高频循环电流、轴对地电流、容性放电电流等。
低频轴电流的预防措施一般来说, 防止低频轴电流产生的常规措施有如下几种:(1) 增加接地碳刷, 使转轴接地;(2) 使用绝缘轴承;(3) 使用对称电缆;(4) 增加补偿变压器;(5) 增加绝缘板。
轴电流的产生原因及消除措施
轴电流的产生原因及消除措施轴电流是变频电机、大型电机、高压电机和发电机的一大质量杀手，对于电机轴承系统的伤害极大。
由于轴电流防范措施不到位发生的轴承系统故障案例比比皆是。
轴电流的特点是低电压大电流，对轴承系统的伤害可以说是防不胜防。
轴电流的产生缘于轴电压和闭合回路，磁路不平衡、逆变供电、静电感应、静电荷及外界的电源干扰都有可能产生轴电压，逆变供电为何会产生轴电压。
电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，从而产生轴电压。
异步电动机的定子绕组是嵌人定子铁芯槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。
该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。
而由于电动机磁路的不平衡，静电感应和共模电压都是产生轴电压和轴电流的起因。
轴电压的幅值一般较小，但是达到一定值后就会击穿轴承润滑油膜，通过轴承形面一个闭合回路，较大的轴电流会导致轴承在很短时间内因发热烧蚀。
因轴电流烧毁的轴承会在轴承内圈外表面上留下类似搓板状的痕迹。
要解决轴电流问题可以从消除轴电压或切断回路两个途径进行解决。
1、在电机的设计环节、制造过程都采取必要的措施比如在端盖、轴承套上增加必要的绝缘措施，对于小规格产品可以采用绝缘轴承，也可以在使用环节增加泄流碳刷。
从使用的角度分析，在零部件上采取断路措施是一劳永逸的措施，而采用导流的方式就可能存在碳刷装置的更换问题，至少在电机的维护保养周期内碳刷系统不要发生问题。
2、采用绝缘轴承绝缘轴承与普通缘轴承的尺寸、承载能力都是一样的，区别是绝缘轴承能够非常好地阻止电流的通过，绝缘轴承可避免电腐蚀所造成的损害，因此比普通轴承应用在电机中可保障运行更可靠，绝缘轴承可避免感应电流对轴承的电蚀作用，防止电流对润滑脂和滚动体、滚道造成损坏。
电动机轴电流产生的原因、危害及预防
电动机轴电流产生的原因、危害及预防一、轴电流产生的原因轴电压是指电动机运行时，在轴的两端或转轴与轴承间所产生的电压。
在正常情况下轴电压较低，转轴与轴承间的润滑油膜能起到较好的绝缘作用。
但如果由于某些原因使得轴电压升高到一定数值时，就会击穿油膜放电，一旦在转轴、轴承、机座、壳体间形成通路，就会产生轴电流。
1、磁阻不平衡交流异步电动机运行时，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，在磁路中造成磁阻的不平衡。
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，在轴的两端感应出轴电压，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。
2、转子偏心转子支撑偏心也会产生脉动磁通，同样会在转轴中产生感应电压。
3、逆变供电电动机采用变频器逆变供电运行时，由于电源电压含有较高次的谐波分量，在电压脉冲分量的作用下，定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应，使转轴的电位发生变化，从而产生轴电压。
4、静电感应在电动机运行现场，由于高压设备强电场的作用，在转轴的两端感应出轴电压。
5、静电荷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，电荷逐渐积累便产生轴电压。
6、外部原因外部电源的介入产生轴电压。
由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。
二、轴电流的危害1、烧熔轴承低熔点合金轴电流不但会破坏油膜的稳定性，使润滑油质逐渐劣化，同时由于轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过，金属接触点很小，电流密度很大，在瞬间产生高温，使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下飞溅，于是在轴承内表面上烧出小凹坑或轴承内表面被压出条状电弧伤痕。
2、轴承抱死或散架滚动体表面和轴承圈滚道表面因轴电流的烧蚀，轻者发热、温度异常，重者相互抱死或散架，触发过流保护停机甚至烧毁电机。
永磁直流无刷、变频电机轴电流的产生及防止
永磁直流无刷、变频电机轴电流的产生及防止摘要：阐述永磁直流无刷、变频电机轴电流产生的机理及危害，介绍了常用防止轴电流的解决方案及成本优劣，提出了当前安全可靠、成本最优的绝缘轴承方法的应用。
关键词：直流无刷、变频电机；轴电流；成本；绝缘轴承随着电子技术发展和电机高能效产品换代趋势，永磁直流无刷电机、异步低压变频调速系统等高效电机产品应用越来越广泛，近几年在中央空调、水泵等主要能耗行业应用尤为明显。
永磁直流无刷电机或者变频电机均采用PWM技术，在使用过程中容易产生轴电流，轴承容易因轴电流失效，严重时会使转轴受到损坏，导致设备故障及外壳带电等，甚至威胁到人身安全。
1. 变频电机轴电流产生的机理及危害1）磁路磁场不平衡产生轴电流电动机由于硅钢片材料的方向性以及叠装因素，再加上通风槽、扣片槽等存在，造成电机在正弦交变的电压下运转时，磁路中存在不平衡的磁阻，定子铁芯圆周方向上的磁阻发生不平衡时，通过各磁极的磁通发生了变化，在轴的两端感应出轴电压，产生了与轴相交链的磁通。
随着磁极的旋转，与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。
2）静电感应产生轴电流在电动机运行现场周围分布的高压设备产生的强电场作用下，在转轴的两端感应出轴电压，存在的电势差会产生轴电流。
3）逆变供电产生轴电流电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电流。
4）静电荷电动机在运行过程中，负载方面的流体与转体运行磨擦而在旋转体上产生静电荷，电荷逐渐积累便产生轴电压。
轴电压建立起来后，一旦在转轴及机座、壳体间形成通路，就产生轴电流。
5）外部电源大电机多会应用PTC、PTO以及PT100等热敏保护元件，这些元件线路繁杂，一旦裸露的带电体与电机的转轴接触，外部电源的介入直接产生了轴电压。
综上所述，电动机的轴电流是由于电机磁路不对称、逆变供电等原因产生，轴电流路线见图1。
以上原因产生的轴电压或者轴电流，量值达到足以击穿轴承润滑脂油膜时，将通过轴承内圈、滚动体、外圈与电机的端盖壳体形成回路，即产生轴承电蚀现象。
轴电压、轴电流的产生
轴电压、轴电流的产生在电动机运行过程中，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。
1．磁不平衡产生轴电压交流异步电动机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，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，使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，在轴的两端感应出轴电压，产生了与轴相交链的磁通。
随着磁极的旋转，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。
2．逆变供电产生轴电压电动机采用逆变供电运行时，供电电压含有高次谐波分量，使定子绕组线圈端部、接线部分、转轴之间产生电磁感应从而产生轴电压。
异步电动机的定子绕组是嵌入定子铁芯槽内的，定子绕组的匝间以及定子绕组和电动机机座之间均存在分布电容，当通用变频器在高载频下运行时，逆变器的共模电压产生急剧变化，会通过电动机绕组的分布电容由电动机的外壳到接地端之间形成漏电流。
该漏电流有可能形成放射性和传导性两类电磁干扰。
而由于电动机磁路的不平衡，静电感应和共模电压产生又是产生轴电压和轴电流的起因。
当定子绕组输入端突加陡峭变化的电压时，由于分布电容的影响，绕组各点电压分布不均，使输入端绕组接近端口部分电压高度集中而引起绝缘破坏或老化。
这种现象一般破坏的部分是定子绕组，电压常集中于侵入的端点部位。
此外，由于绕组的电抗较大，输入电压的高频分量将集中于输入端点附近的分布电容上，通过配电线、绕组、机壳间的分布电容到接地线流通电流，形成一个LC串联谐振电路，当其中产生高频谐振电流时，就会产生各式各样的故障。
一般通用变频器驱动容量较小的异步电动机时，轴电压的问题可以不考虑，但使用超过200kW的电动机时，特别是已有的风机、压缩机等进行变频器调速改造的场合，最好事先确认轴电压的大小，以便及早采取预防措施。
变频电机轴电流分析及对策
变频电机轴电流分析及对策作者：杨金良来源：《中国科技博览》2014年第03期摘要：轴电流的存在对电动机轴承的使用寿命具有极大的破坏性，根据现场实际运行情况，分析其产生的原因，采取有效措施，从根本上解决轴电流危害的问题.关键词：电动机变频轴电流轴电压【分类号】：TM344.6一、变频电机轴电流分析：1、变频电机轴电流产生原因及危害电动机运行时，转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压，若轴两端通过电机机座等构成回路，则轴电压形成了轴电流。
轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。
一般工频电机轴电压产生的原因有以下几种：①磁不平衡产生轴电压：电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。
②静电感应产生轴电压：在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。
③外部电源的介入产生轴电压：由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。
④其他原因：如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。
以上原因归根到底还是磁通脉动造成的。
且在正弦波（工频）供电的情况下，如果设计和运行条件正常的电机，转轴两端电位差很小，其危害尚不严重。
目前，广泛应用的变频电机大都采用PwM变频电源供电，这时电机的轴电压主要是由于电源三相输出电压的矢量和不为零的零序分量产生。
变频器PwM脉宽调制导致调速驱动系统中高频谐波成份增多，这些谐波分量在转轴、定子绕组和电缆等部分产生电磁感应，电机内分布电容的电压祸合作用构成系统共模回路，这种共模电压以高频振荡并与转子容性藕合，产生转轴对地的脉冲电压，该电压将在系统中产生零序电流，电机轴承则是这零序回路的一部分。
轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生的。
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变频电机轴电压与轴电流产生机理及其抑制1 引言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。
4.2 改变耦合参数及轴承参数定子绕组对转子的耦合电容越大，轴电压越高，dv/dt电流与EDM电流均增加；轴承电容减小，dv/dt电流减小；但EDM电流基本不变，此时轴电压上升。
其原因是：在共模电路中，轴电压是由定子绕组对转子铁心的电压耦合造成的，维持这一电压的存在靠轴承电容以及转子对机壳耦合电容。
由于后两者并联，再与前者串联，因此轴电压按电容值进行分配，电容越大压降越小。
一般情况下，轴承电容与转子对机壳耦合电容比定子绕组对转子耦合电容大得多。
在只改变轴承电容的情况下，轴承电容越小，整个并联电容等效值下降，轴电压反而上升，由于轴承上的dv/dt电流与容抗及dv/dt成正比，在dv/dt不变时，容抗减小，dv/dt电流下降。
仿真结果如图6所示。
图中Csr为定子绕组对转子的耦合电容，Cg为转子对机壳耦合电容Crf和轴承电容Cb的并联等效电容。
5 抑制办法从前面的理论研究和仿真分析可以看出，电机轴承电流产生的一个主要原因是逆变器输出的高频脉冲具有过高的dv/dt前后沿，由此可知，抑制轴承电流的有效办法就是降低逆变器输出电压的dv/dt。
但是，逆变器本身输出的脉冲电压上升时间是由功率器件的开关特性决定的，因此只能在逆变器输出端附加装置改变其输出电压的dv/dt。
降低逆变器输出电压上升沿dv/dt的一个最直接的办法是在逆变器输出端串上大的电抗器，即可构成所谓的“正弦波滤波器”，逆变器输出的脉冲电压在经过大电抗器后成为完全的正弦波电压，这样便可以消除轴电压与轴承电流。
但是这种办法的代价是电抗器的功率损耗大，体积大，造价高，在普通的变频调速系统中应用不是很合适。
本文采用折中办法，在逆变器输出端串接电感值不大的电感以抑制电流的快速变化，同时在输出端线间设置RC电抗以吸收输出电压的高次谐波，这样可以适当降低输出脉冲电压上升沿的dv/dt值，达到抑制轴承电流的目的。