一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法技术

本发明专利技术提供了一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法。该方法包括：在三相交流电机的驱动端与非驱动端均设置绝缘轴承或者普通轴承，根据所述三相交流电机的电路关系和轴承油膜参数，建立所述三相交流电机的高频轴电流等效模型；基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机壳、三相绕组短接点与转轴、转轴与机壳三个端口的测试数据中分离出交流电机高频轴电流等效模型中的参数。本发明专利技术通过建立电机高频轴电流模型，使其更加符合高频时电机内部阻抗随频率的变化，进而提高预测变频驱动电机系统高频电磁干扰和轴电流问题的准确性。可以同时适用于采用普通轴承的电机和采用绝缘轴承的电机。用普通轴承的电机和采用绝缘轴承的电机。用普通轴承的电机和采用绝缘轴承的电机。

【技术实现步骤摘要】
一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法


[0001]本专利技术涉及交流电机
，尤其涉及一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法。

技术介绍

[0002]PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)变频器因具有先进的控制策略以及良好的运行性能，变频驱动逐步取代正弦驱动并广发地应用到各个行业领域的驱动系统中。虽然变频驱动系统较正弦驱动系统而言具有明显优势，但其负面问题日益突显，引发人们的广泛关注，如电磁干扰及轴承电腐蚀问题。
[0003]PWM变频器内部采用高性能的功率半导体器件，如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)开关器件。由于功率半导体器件快速开端的固有特性，变频器产生具有高电压变化率的共模电压，作用于交流电机绕组，并产生频率范围在几十千赫兹到几百千赫兹的共模电流。共模电流经定子绕组对定子铁芯电容、定子绕组对转子铁芯电容、转子铁芯到定子铁芯电容、轴承油膜电容，进而引起电磁干扰及轴电流问题。共模电压经电机内杂散电容，在轴承内外滚道间感应出轴电压。当轴电压超过润滑油膜击穿的极限电压时，在短时间内油膜发生击穿并释放大量的热量，使击穿点附近的金属熔化，进而产生坑蚀，缩短轴承寿命，危害交流电机的可靠运行。
[0004]轴电流引发的危害引起了运行商的广泛关注。为了克服变频驱动技术引发的电磁干扰、轴电流等问题，提高轴承使用寿命及系统的稳定运行，需要能够准确地对共模电流及轴电流进行预测。共模电流及轴电流预测的准确性取决于电路模型的准确性。高频时，轴电流的集中参数模型并不能准确地反应频率对交流电机内部阻抗的变化，进而不能准确地预测共模电流与轴电流。因此，建立一个满足交流电机阻抗频率响应的轴电流模型对共模电流与轴电流的预测十分重要。
[0005]现有技术中的一种交流电机的共模电流与轴电流的建模及参数测量方法为：以一台额定功率为240kW，转轴两端采用普通轴承的交流电机为例，建立了如图1所示的高频轴电流的等效模型。图1中，L
CM
为共模电感；L
c
为交流电机内部馈电导体和连接线电感；R
e
为涡流损耗电阻；R
g
为附加损耗电阻；C
wf1
、C
wf0
为定子绕组与机壳间杂散电容，其中C
wf1
为高频时定子绕组与机壳间杂散电容，C
wf1
与C
wf0
之和为低频时定子绕组与机壳间杂散电容；C
wr1
、C
wr2
为定子绕组与转子间杂散电容，其中C
wr1
为高频时定子绕组与转轴间杂散电容，C
wr1
与C
wr2
之和为低频时定子绕组与转子间杂散电容；C
rf
为转轴与机壳间杂散电容；C
b,nd
为非驱动端轴承油膜等效电容、C
b,d
为驱动端轴承油膜等效电容。通过对三相绕组短接点与机壳间阻抗特性曲线的提取确定C
wf1
、C
wf0
；通过解析法推导出C
wr1
、C
wr2
、C
rf
、C
b,nd
、C
b,d
等参数。
[0006]上述现有技术中的一种交流电机的共模电流与轴电流的测量方法的缺点为：
[0007]1、忽略了低频时三相绕组短接点与机壳端口的谐振电阻的影响
[0008]该方法在对交流电机进行高频轴电流模型时，仅仅考虑了高频时三相绕组短接点与机壳端口的谐振电阻的影响，忽略了三相绕组短接点与机壳端口的低频时谐振电阻的影
响，造成实测与仿真的三相绕组短接点与机壳端口的阻抗特性曲线在低频段的串联谐振的阻抗不同。
[0009]2、忽略了匝间电容和匝间电阻的影响
[0010]该方法在对交流电机的定子绕组时，忽略了匝间电容和匝间电阻的影响，进而造成共模端口的实测与仿真阻抗特性曲线的并联谐振点的阻抗值存在较大差异。
[0011]3、轴承模型仅适用于安装了普通轴承的交流电机
[0012]该方法仅适用于普通轴承。在交流电机的实际运行中，为了抑制轴承电腐蚀，通常采用绝缘轴承。现有技术无法对绝缘轴承的建模提供指导，因此，存在一定的局限性。

技术实现思路

[0013]本专利技术的实施例提供了一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法，以实现准确地预测交流电机系统的高频电磁干扰和轴电流问题。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0015]一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法，包括：
[0016]在三相交流电机的驱动端与非驱动端均设置绝缘轴承或者普通轴承，根据所述三相交流电机的电路关系和轴承油膜参数，建立所述三相交流电机的高频轴电流等效模型；
[0017]基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机壳、三相绕组短接点与转轴、转轴与机壳三个端口的测试数据中分离出交流电机高频轴电流等效模型中的参数。
[0018]优选地，所述三相交流电机的高频轴电流等效模型包括，共模电感L
CM
；定子绕组匝间电容C
ww
；定子绕组匝间电阻R
ww
；涡流损耗电阻R
e
；定子绕组与机壳间杂散电容C
wf1
、C
wf0
，其中C
wf1
为高频时定子绕组与机壳间杂散电容，C
wf1
与C
wf0
之和为低频时定子绕组与机壳间杂散电容；定子绕组与机壳间高频和低频时寄生电阻R
wf1
、R
wf2
；定子绕组与转子间杂散电容C
wr1
、C
wr2
，其中C
wr1
为高频时定子绕组与转轴间杂散电容，C
wr1
与C
wr2
之和为低频时定子绕组与转子间杂散电容；转轴与机壳间杂散电容C
rf
；非驱动端与驱动端轴承绝缘涂层电容C
iso,nd
、C
iso,d
；非驱动端与驱动端轴承电阻R
b,nd
、R
b,d
；非驱动端与驱动端油膜击穿等效电阻R
nd,b
、R
d,b
；
[0019]C
wr1
、C
wf1
和R
wf1
串联连接，C
wr2
、C
wf0
和R
wf0
串联连接，C
ww
和R
ww
的串联电路、共模电感L
CM
和涡流损耗电阻R
e
设置在C
wr1
和C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交流电机高频轴电流的建模及参数测量方法，其特征在于，包括：在三相交流电机的驱动端与非驱动端均设置绝缘轴承或者普通轴承，根据所述三相交流电机的电路关系和轴承油膜参数，建立所述三相交流电机的高频轴电流等效模型；基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机壳、三相绕组短接点与转轴、转轴与机壳三个端口的测试数据中分离出交流电机高频轴电流等效模型中的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三相交流电机的高频轴电流等效模型包括，共模电感L
CM
；定子绕组匝间电容C
ww
；定子绕组匝间电阻R
ww
；涡流损耗电阻R
e
；定子绕组与机壳间杂散电容C
wf1
、C
wf0
，其中C
wf1
为高频时定子绕组与机壳间杂散电容，C
wf1
与C
wf0
之和为低频时定子绕组与机壳间杂散电容；定子绕组与机壳间高频和低频时寄生电阻R
wf1
、R
wf2
；定子绕组与转子间杂散电容C
wr1
、C
wr2
，其中C
wr1
为高频时定子绕组与转轴间杂散电容，C
wr1
与C
wr2
之和为低频时定子绕组与转子间杂散电容；转轴与机壳间杂散电容C
rf
；非驱动端与驱动端轴承绝缘涂层电容C
iso,nd
、C
iso,d
；非驱动端与驱动端轴承电阻R
b,nd
、R
b,d
；非驱动端与驱动端油膜击穿等效电阻R
nd,b
、R
d,b
；C
wr1
、C
wf1
和R
wf1
串联连接，C
wr2
、C
wf0
和R
wf0
串联连接，C
ww
和R
ww
的串联电路、共模电感L
CM
和涡流损耗电阻R
e
设置在C
wr1
和C
wr2
之间，C
ww
和R
ww
的串联电路、L
CM
和R
e
并联连接，C
b,nd
、C
iso,nd
和R
b,nd
串联连接，C
b,d
、C
iso,d
和R
b,d
串联连接，k1、R
nd,b
的串联电路和C
b,nd
并联连接，k2、R
d,b
的串联电路和C
b,d
并联连接；轴承油膜发生放电击穿时，开关k1、k2闭合；反之，开关k1、k2断开。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机壳、三相绕组短接点与转轴、转轴与机壳三个端口的测试数据中分离出交流电机高频轴电流等效模型中的参数，包括：当交流电机静止时，轴承滚动体与内外滚道间没有形成润滑油膜，存在金属性接触，k1断开，C
b,nd
被短接，k2断开，C
b,d
被短接，建立交流电机静止时的高频轴电流等效模型；将交流电机底部进行绝缘隔离，将交流电机定子三相绕组短接，利用阻抗分析仪在全频段内测量定子三相绕组短接点与机壳间阻抗的幅频与相频响应曲线，测量三相绕组短接点与转轴间阻抗的幅频与相频响应曲线，测量转轴与机壳间阻抗的幅频与相频响应曲线，将定子任意两相绕组短接，利用阻抗分析仪全频段测量定子两相绕组短接点与未短接绕组间阻抗的幅频与相频响应曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机壳、三相绕组短接点与转轴、转轴与机壳三个端口的测试数据中分离出交流电机高频轴电流等效模型中的参数，还包括：利用工装将转子从交流电机定子中取出，进行轴承阻抗测试；利用阻抗分析仪全频段分别测量驱动端与端盖间、非驱动端与端盖间阻抗的幅频与相频响应曲线，根据串联谐振的特性方程获取轴承绝缘涂层电容与轴承自身电阻。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的基于所述高频轴电流等效模型，从所述三相交流电机的三相绕组短接点与机...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞芳，杨二乐，孙大南，赵秦聪，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：