[发明专利]一种获取交流电机杂散电容的方法

权利要求书

1.一种获取交流电机杂散电容的方法，其特征在于，包括：

建立交流电机定、转子接地时的共模等效电路；

基于所述共模等效电路建立所述交流电机杂散电容与共模电压、轴电压及定、转子接地阻抗之间的关系式；

测量所述交流电机在不同定、转子接地阻抗下的共模电压和轴电压，根据测量得到的共模电压和轴电压并利用所述关系式推算出所述交流电机内部的杂散电容；

所述的建立交流电机定、转子接地时的共模等效电路，包括：

设交流电机在机械拖动下旋转，在交流电机三相绕组星形点处与地之间施加高频正弦电压，用所述高频正弦电压模拟共模电压V_com，将交流电机的定子和转子分别经接地阻抗接地，建立交流电机的共模等效电路，所述共模等效电路包括：交流电机定子绕组与定子铁心间耦合电容C_wf、交流电机定子铁心与转子间耦合电容C_rf、交流电机定子绕组与转子间耦合电容C_wr、交流电机定子侧接地阻抗Z_fg、交流电机转子侧接地阻抗Z_rg和轴电压V_b；w代表定子绕组，r代表转轴，f代表机壳，g代表地，C_b为轴承滚动体和滚道间的油膜使轴承等效的电容；

在所述共模等效电路中，共模电压源V_com、交流电机定子绕组与定子铁心间耦合电容C_wf、交流电机定子侧接地阻抗Z_fg构成了回路l₁，共模电压源V_com、交流电机定子绕组与转子间耦合电容C_wr、交流电机转子侧接地阻抗Z_rg构成了回路l₂，定子铁心与转子间耦合电容C_rf、轴承滚动体和滚道间的油膜使轴承等效的电容C_b、交流电机转子侧接地阻抗Z_rg、交流电机定子侧接地阻抗Z_fg构成了回路l₃，回路l₁、回路l₂和回路l₃的绕行方向记为流过该回路电流的正方向，电流流向与回路的绕行方向一致时，电流为正；电流流向与回路的绕行方向相反时，电流为负，流过回路l₁与回路l₂的电流之和为共模电流，流过回路l₃的电流为轴电流；

所述的基于所述共模等效电路建立所述交流电机的杂散电容与共模电压、轴电压及定、转子接地阻抗之间的关系式，包括：

设所述交流电机的杂散电容为C_wf、C_wr、C_rf，共模电压为V_com，轴电压为V_b，定子接地阻抗为Z_fg，转子接地阻抗为Z_rg：

所述共模等效电路的回路方程为：

式中，为回路l₁的回路电流，为回路l₂的回路电流，为回路l₃的回路电流，Z_wf为定子绕组对定子铁心的电抗，Z_wr为定子绕组对转子的电抗，Z′_rf为转子对定子铁心的电容与轴承电容的等效电抗，即：

Z_wf＝1/(j2πfC_wf) (2)

Z_wr＝1/(j2πfC_wr) (3)

Z′_rf＝1/(j2πf(C_rf+2C_b)) (4)

式中，f为共模电压的频率；

根据公式(1)，获得：

所述的测量所述交流电机在不同定、转子接地阻抗下的共模电压和轴电压，根据测量得到的共模电压和轴电压并利用所述关系式推算出所述交流电机内部的杂散电容，包括：

选取三支阻值不同的无感电阻器A、B、C，阻抗分别记为Z_A、Z_B、Z_C；

进行三组实验，测量在三组接地阻抗下所述交流电机的共模电压和轴电压；

第一组实验，将被测交流电机通过绝缘联轴器与陪试交流电机进行连接，在被测交流电机转轴外加碳刷，将被测交流电机的定子机壳经无感电阻A接地，将被测交流电机的转轴经碳刷经无感电阻B接地；

将被测交流电机拖动到其额定转速，在被测交流电机的定子绕组星形点处和地之间施加幅值与频率均可调的高频电压，用示波器测量并记录绕组星形点处和地之间的电压，即：共模电压V_com1；用示波器测量并记录电刷与机壳之间的电压，即：轴电压V_b1，以共模电压V_com1为参考相量，根据示波器记录结果获得轴电压V_b1的相位；

第二组实验为将定子机壳经无感电阻A接地，转轴经无感电阻C接地，交流电机驱动方式及接线方式与第一组实验相同，获得的共模电压、轴电压记为V_com2、V_b2；

第三组实验为将定子机壳经无感电阻B接地，转轴经无感电阻C接地，交流电机驱动方式及接线方式与第一组实验相同，获得的共模电压、轴电压记为V_com3、V_b3；

将三组实验的定、转子接地阻抗及其对应的共模电压、轴电压分别代入上述式(5)所示关系式，得到三个方程，对三个方程联立求解，获取Z_wf、Z_wr、Z′_rf，再根据公式(2)～(4)，获得交流电机的杂散电容C_wf、C_wr、C_rf；

所述的公式(4)中的轴承油膜等效电容C_b的数值通过以下任意一种方法计算得到：

1)根据轴承结构参数和润滑油膜的中心厚度，通过解析计算，计算出轴承油膜等效电容C_b的数值；

2)建立轴承有限元分析模型，计算各滚珠与内外滚道间的杂散电容，进而计算出轴承油膜等效电容C_b的数值；

3)在轴承与机壳间施加频率为共模电压频率的正弦信号，在交流电机运行时，利用电压探头和电流探头分别测量轴承与机壳间的轴电压与流过轴承引出线的轴电流，利用伏安法求解出轴承油膜等效电容C_b的数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法适用于三相交流感应电动机、同步电动机、同步发电机、无刷直流电机和异步发电机内部的杂散电容的获取过程。