关于轴电压在电机上的常见问题分析与对策

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【导读】随着国家对能效要求的提高以及国人环保意识的普及,高能效电机的需求不断提升,无利DC电机的市场使用量也增大。该类型电机有较大风险,会导致轴承电解腐蚀。本文介绍了轴电压、轴电压产生的影响及其在空调电机上的对策。

无刷DC电机的驱动方式一般是通过电压型变频器的PWM驱动。该驱动方式有较大风险,会导致轴承电解腐蚀。轴承电解腐蚀产生的原因是变频器的开关引起的共膜电压锅合到轴承上,从而轴承的内圈和外圈之间产生电位差。如果电机轴承内外圈之间的电位差升高到足够大,就可能产生损坏轴承的电流。在很早以前人们就已经认识到轴电压和轴电流问题,但在初期主要考虑的是有电机磁场不对称性而产生的循环轴电流,因此才有对大电机轴承采取绝缘的做法。随着调速驱动系统尤其是脉宽调制(PWM)电压源逆变器驱动系统的出现,已经确认有因逆变器而产生的轴电压和轴电流的新来源和机理问题。现在先介绍一下轴电压产生的现象,然后我们再讨论减小电机轴电压和轴承电流的方法。

1、轴电压产生的影响

轴电压的产生伴随着的是轴电流的产生,而轴电流是导致轴承逐渐损坏的原因。轴承损坏会逐步影响到DC电机及空调器的音质效果。具体如下:(1)轴承的内径与钢球接触部分有电流流过;(2)钢球与内径接触部分因为有润滑油脂,所以会发生放电现象;(3)轴承内径与钢球接触部分由于有放电现象会导致钢球表面有凹凸不平的损失出现;(4)由于轴承损伤,轴承的噪音值变高,DC电机及空调器的音质逐渐变差。

2、轴电压、周电流产生的过程

轴承电解腐蚀产生的原因是变频器的开关引起的共膜电压藕合到轴承上,从而轴承的内圈和外圈之间产生电位差。如果电机轴承内外圈之间的电位差升高到足够大,就可能产生损坏轴承的电流。轴电压的产生伴随着的是轴电流的产生,而轴电流是导致轴承逐渐损坏的原因。要保护轴承免于损伤就必须抑制轴电压。抑制轴电压的途径有:(1)抑制轴电压产生的共膜电压;(2)抑制轴电压本身。

3、轴电压的测试方法

如图1、2是测定电机的轴电压Vsh的方法:用差分探头测定介于电机机壳端得轴承外圈和转轴端的轴承内圈的电压。通过以上的操作后,我们可以通过示波器对轴电压进行观察分析。通过测试我们了解到电机的轴电压Vsh的峰值电压在OV基准下1000rpm转速下的测试结果。随着旋转速度的上升,实测结果和仿真结果都表现出轴电压Vsh增大的倾向。此外,实测结果和使用测得的轴承的静电容量进行仿真的结果非常一致。

关于轴电压在电机上的常见问题分析与对策

关于轴电压在电机上的常见问题分析与对策

由于各个公司对于轴电压的解决方案不一样,导致DC电机轴电压的抑制效果不同。在低压PWM调制驱动装置下轴承放电电流本质上是随机的,并且可能有很高的峰值,以摆动的形式衰减,这种电流在一段时长内可能对轴承产生有害的影响。

4、轴电压解决方法

由于现有主流DC电机厂家对轴电压的评价及解决方法不一样。主要的方法如下:(1)轴承内外圈都采用绝缘,即采用陶瓷轴承或绝缘转子。这种解决方法能在很大程度上解决轴电压产生的问题。但受限于空调器DC电机成本原因,暂时没有采用该解决方案。(2)针对电机的使用环境、温度等因素,选择最合适的油脂。这种方法在成本和效果中都能有效的抑制轴电压问题,但不能根治。一般的DC直流电机厂家都会采用多种方法并举的形式对轴电压进行抑制。(3)对DC电机端盖两侧进行短接,即通过人为地把轴承内外圈进行短路。该方案的目的在于把轴电压产生的轴电流在没有损伤轴承之前导地,减少对轴承的损伤。(4)转子进行双重绝缘,即在轴与转子磁片之间通过PBT注塑进行绝缘。

关于轴电压在电机上的常见问题分析与对策

关于轴电压在电机上的常见问题分析与对策

5、结语

随着生活水平的提高,使用者对空调器、DC电机的能效性、舒适性的要求越来越高。DC电机效率的提高是当下一直努力的方向。但是从使用者使用角度出发,其舒适性会越来越受人关注。因此,如何解决DC电机在长期使用过程中的音质问题是未来值得我们不断摸索的方向。无论是绝缘轴承的使用、绝缘转子的使用还是轴承油脂的选择,这些当前轴电压的解决方案都需要在实际和理论中不断证实。

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