[发明专利]一种获取交流电机杂散电容的方法

说明书

本发明提供了一种获取交流电机杂散电容的方法。该方法包括：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；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。本发明通过测量三组不同定、转子接地阻抗下的共模电压及轴电压，能够有效地推算出电机内部的杂散电容。可以考虑电机转速、温升等产生的影响，获取实际运行状态下的交流电机内部的杂散电容。

技术领域

本发明涉及交流电机电容测量技术领域，尤其涉及一种获取交流电机杂散电容的方法。

背景技术

交流电机的定子绕组放置在定子槽内，槽内有槽绝缘将定子绕组与定子铁心隔开，其间的空隙中也灌入绝缘漆，定、转子之间被气隙隔开，电机定子铁心、定子绕组、转子被绝缘介质所隔开。以三相鼠笼式感应电机为例，可将定子铁心与定子机壳视为一个电极，将转子铁心和转子导条视为一个电极，将定子绕组视为另一个电极，则交流电机中存在以下杂散电容：定子绕组与转子间杂散电容C_wr，定子绕组与定子铁心间杂散电容C_wf，定子铁心与转子间杂散电容C_rf。当在变频供电时，电机的杂散电容为高频共模电压提供低阻抗通路，导致电机轴承上感应出轴电压。

PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)型变频器因具有良好的调速性能和起制动性能以及高效率等优势，被广泛地应用于电力、冶金等各个行业领域的驱动系统中。但是，变频器内部高性能半导体开关器件的使用，带来许多负面影响。PWM变频器内部广泛采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)开关功率器件。开关器件的快速开断，使得变频系统输出的共模电压具有较高的dv/dt。

采用PWM控制技术的变频器的输出电压为一系列脉冲，用于控制三相交流电动机运行时，变频器与电机三相绕组相连，在电机绕组星形点处与地之间将存在电压差，这就是共模电压V_com，也可以视作变频器输出的零序电压。其大小为V_com＝(V_u+V_v+V_w)/3，其中V_u、V_v和V_w为电机三相对地电压，由于变频器输出为矩形脉冲，V_u、V_v和V_w在任意时刻不可能对称，V_com任意时刻也不为零。

当变频器给三相感应交流电机供电时，共模电压会经过交流电机内部杂散电容形成共模回路，产生高频的共模电流。通常，共模电流的频率范围在几十千赫兹到几百千赫兹。三相感应电动机内部杂散电容有定子铁心对定子绕组电容C_wf、定子绕组对转子铁心电容C_wr、转子铁心对定子铁心电容C_rf。在高频时，交流电机的杂散电容为共模电流提供了低阻抗通路，会在轴承内、外圈之间感应出轴电压。当轴电压超过润滑油膜击穿的阈值电压时，轴承润滑油膜被击穿，击穿瞬间产生轴承击穿电流，该轴承击穿电流称为轴电流。在短时间内，击穿放电电流会产生巨大的热量，温度升高，导致润滑脂性能变差，造成击穿点附近金属熔化，继而产生振动、噪声，导致交流电机轴承过早失效，危害交流电机的可靠运行。

轴电流引发的危害引起了工业行业的广泛关注。针对轴电流进行分析时，需要建立轴电流的等效电路。而建立等效电路涉及到交流电机内部杂散电容参数的确定。

当交流电机的机壳与地、转轴与地存在接地阻抗时，接地阻抗的变化会改变轴承两端的电位分布，进而改变轴电压。因此，可以在不同接地阻抗下，测量相应的共模电压与轴电压，继而推定出交流电机内部的杂散电容。