本文關(guān)鍵詞：變頻供電交流電機軸電流的分析與測量，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：得益于高性能半導體開關(guān)器件和先進控制策略的迅速發(fā)展,變頻技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電機驅(qū)動領(lǐng)域中。但變頻技術(shù)在提高驅(qū)動性能的同時,也產(chǎn)生了一些負面效應(yīng),如電機中的軸電流問題。交流電機在變頻供電時,非零、高頻共模電壓作用于電機繞組,通過電機中雜散電容形成共模電流通路,導致產(chǎn)生軸電壓及軸電流,引起軸承早期失效,嚴重危害交流電機的安全、可靠運行。對軸電流產(chǎn)生機理分析是提出抑制方案的依據(jù),等效模型中參數(shù)的獲取是準確預測軸電流的關(guān)鍵,而對軸電流進行測試是檢驗計算準確性和抑制方案有效性的必要手段。本文針對變頻供電驅(qū)動電機的軸電流分析模型、軸承電容參數(shù)的計算以及軸電壓和軸電流的測試開展了研究,具體內(nèi)容如下：首先針對定子良好接地且轉(zhuǎn)軸不接地情況下的軸電流問題進行了研究。建立了變頻驅(qū)動交流電機軸電流模型,針對一臺5.5kW鼠籠電機的雜散電容進行計算。搭建了變頻驅(qū)動電機軸電流的MATLAB分析模型,對軸電壓和軸電流進行了仿真分析。其次針對轉(zhuǎn)軸接地引起的軸電流進行了研究。建立了考慮定子、轉(zhuǎn)子接地阻抗的軸電流模型,利用惠斯通橋電路理論,采用相量法推導出軸承分壓比隨定、轉(zhuǎn)子接地阻抗變化的關(guān)系,設(shè)計實驗進行了驗證。理論計算和實驗分析都表明,當電機定子、轉(zhuǎn)軸側(cè)均存在接地阻抗時,軸電壓隨阻抗變化不是單調(diào)變化,而是呈V字形變化,可以通過調(diào)節(jié)定、轉(zhuǎn)子兩側(cè)接地阻抗,達到降低軸電壓、軸電流的目的。然后研究了軸承電容參數(shù)的計算和測試方法。分析了目前軸承電容計算值與實際值偏差比較大的原因,提出一種基于電磁場的軸承電容計算方法。先根據(jù)彈性流體動力潤滑理論計算出軸承油膜中心厚度,根據(jù)實際軸承結(jié)構(gòu)在ANSYS Maxwell中建立有限元分析模型,計算出軸承等效電容。設(shè)計實驗測量軸承等效電氣參數(shù),測量結(jié)果證明了上述計算方法合理性。最后研究了軸電流的測試方法。在分析了軸電流測量難點的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有三種軸電流測量方案的優(yōu)缺點進行了比較。本文采用在電機端蓋內(nèi)增加絕緣層并在軸承外圈和端蓋處用引線連接的方案,實現(xiàn)軸電流的測量,并對測量結(jié)果進行了分析。建立軸電流測量的等效電路,推導出階躍信號下實際軸電流與測量軸電流的瞬態(tài)解析式,計算出實際軸電流與測量軸電流峰值折算比例,表明測量方法的合理性。
【關(guān)鍵詞】：變頻供電 交流電機 軸電流 接地 軸承電容
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM34
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 課題研究的背景和意義11-13
• 1.1.1 變頻供電感應(yīng)電機軸電流產(chǎn)生的機理11-13
• 1.1.2 變頻供電交流電機中軸電流產(chǎn)的危害13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 軸電流的產(chǎn)生機理13-14
• 1.2.2 軸承電容參數(shù)計算與測試14-15
• 1.2.3 軸電流的測量15
• 1.3 本文研究內(nèi)容15-17
• 2 共模電流通路的建模與仿真分析17-27
• 2.1 變頻驅(qū)動系統(tǒng)建模17-22
• 2.1.1 變頻驅(qū)動系統(tǒng)中的共模電壓17-19
• 2.1.2 電機內(nèi)部雜散電容及其計算19-21
• 2.1.3 變頻驅(qū)動系統(tǒng)的共模電流通路21-22
• 2.2 變頻驅(qū)動系統(tǒng)共模電流通路仿真分析22-25
• 2.3 本章小結(jié)25-27
• 3 轉(zhuǎn)軸接地軸電流的研究27-37
• 3.1 計及定轉(zhuǎn)子接地阻抗的軸電流等效電路27-29
• 3.2 電機接地狀況對軸電壓影響的電路分析29-32
• 3.3 實驗驗證與分析32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 軸承電容的計算與測量37-55
• 4.1 軸承特性37-39
• 4.1.1 軸承的放電特性37-38
• 4.1.2 軸承的電氣特性38-39
• 4.2 文獻中軸承電容的計算39-42
• 4.3 改進的軸承電容計算方法42-46
• 4.3.1 軸承潤滑油膜中心厚度的計算42-44
• 4.3.2 基于3D有限元的軸承等效電容計算44-46
• 4.4 軸承電氣參數(shù)的測量46-53
• 4.4.1 軸承電氣參數(shù)測量方案46-49
• 4.4.2 電機運行時軸承等效電容的測量49-51
• 4.4.3 油膜擊穿時軸承擊穿電阻的測量51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 5 變頻驅(qū)動系統(tǒng)軸電流的測量55-67
• 5.1 實驗測量方案55-61
• 5.1.1 現(xiàn)有的軸電流測量方法55-58
• 5.1.2 實驗電機的改造與軸電流、軸電壓測量方案58-61
• 5.2 軸電流、軸電壓測量的分析61-66
• 5.2.1 電機改造引起的電路模型變化61-62
• 5.2.2 軸電流測量的分析62-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 6 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻69-73
• 附錄 A73-75
• 附錄 B75-77
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果77-81
• 學位論文數(shù)據(jù)集81

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本文編號：287531