一种电机高频循环轴承电流抑制方法及系统

本发明涉及电力电子，具体涉及一种电机高频循环轴承电流抑制方法及系统。

背景技术：

1、pwm变频驱动技术在工业领域应用广泛，但产生的轴承电流对电机轴承造成的电腐蚀损伤问题也非常严重。

2、在三相电机驱动系统中，共模电压vcm定义为电机中性点与直流侧母线电压中点之间的电压。共模电压在每次电压变化瞬间会对电机内部高频寄生电容充电产生漏电流，漏电流通过定子叠片和机壳流入大地，高频漏电流会在定子铁芯周围感生出环绕转轴的高频共模磁通，共模磁通会在转轴上感应出转轴端-端电压，被称为轴电压vshaft。当轴电压超过电机轴承油膜耐压阈值后，会发生油膜击穿，使得轴承润滑脂油膜难以形成，此时在轴电压的持续作用下，电机内部会形成循环轴承电流ishaft，路径为：驱动端转轴-驱动端轴承-定子机壳-非驱动端轴承-非驱动端转轴。循环轴承电流使得轴承发生“搓板纹”状的电腐蚀痕迹，使得轴承过早损坏，严重缩短了电驱动系统的使用寿命。

3、目前消除轴电压的主要方式是：

4、1)使用绝缘轴承，但绝缘轴承价格是同型号普通轴承数倍且部分规格绝缘轴承尚未普及，整体而言使用绝缘轴承大大提高了设备的运营成本，且具有一定的使用局限性；

5、2)在电机轴上喷镀绝缘陶瓷层、在轴承内圈两侧增加绝缘板的方法，达到在电机轴与轴承内圈接触部位处阻断轴电流回路的目的，以消除轴电压。但是这样的设置容易出现抱轴现象，即会损坏绝缘陶瓷层，必须定期维护绝缘陶瓷层。

技术实现思路

1、本方案提供一种电机高频循环轴承电流抑制系统，能够延长轴承的使用寿命。

2、第一方案提供一种电机高频循环轴承电流抑制系统，包括电机，所述电机包括接线端口，转轴，固定支架和轴承，所述固定支架安装于所述电机的内壁上，接线端口安装在电机的外表面，转轴与轴承相连接；所述电机在运行过程中会产生轴电压，所述轴电压施加于转轴上，所述电机高频循环轴承电流抑制系统还包括：用于控制所述电机的电机控制器，通过电缆连接所述接线端口；用于输出消除所述轴电压的消除电压的高频变压器与所述固定支架相连接，所述转轴穿过高频变压器，用于将所述轴电压和所述消除电压相同步输出的电压发生器，分别与所述电机控制器和所述高频变压器之间电连接。

3、效果：通过电压发生器实时了解电机控制器的运行状态，从而同步输出经过高频变压器等大反向的消除电压，消除电压再输入到转轴上以消除轴电压。采用低成本且维护简单的方式去有效消除轴电压，使得轴电压不会对轴承产生电腐蚀损伤，有效地延长了轴承的使用寿命。

4、优选地，所述高频变压器为空心环状物，所述转轴穿过所述环状物的环心。

5、效果：高频变压器与电机转轴并未接触，不仅避免了由于与转轴接触不良或接触电阻过大而导致的发热、电弧等问题，而且高频变压器传递电流时不会受到摩擦等外界因素的影响，因此其效率更高，稳定性更好。

6、优选地，所述高频变压器的原边采用n匝线圈，所述转轴等效为匝数为1匝的副线圈。

7、效果：高频变压器将输出的消除电压传输到转轴上时，由于将转轴等效为1匝副线圈，将电压发生器所输出的电压简单且稳定地转换为消除电压并作用于转轴上实现同步消除轴电压。一般来说，只要保证流入高频变压器的电流不超过高频变压器原边的最大电流，即变压器不饱和的前提下，满足n:1的这样一个比例关系就能实现消除电压的生成和输出。

8、优选地，原边线圈匝数n＝2。

9、效果：在保证流入到高频变压器的电流不超过高频变压器原边的最大电流，即变压器不饱和的前提下，将原边线圈匝数设定为2，其阻值小，误差可忽略不计，生成的消除电压可以与轴电压等大。

10、优选地，所述高频变压器与转轴的距离在xx米内。

11、效果：由于电机内部的距离有限，且电机内部的磁场较多，一般将高频变压器安装在极其靠近转轴一旁，但是如果高频变压器与转轴的距离过近，则两者之间的电磁干扰会影响高频变压器的工作效率。为保证高频变压器能保持长时间地同步输出与轴电压等大反向的消除电压，即将高频变压器与转轴的距离在xx米内，最佳位置是xx米，这样使得高频变压器的使用效果更好。

12、优选地，所述高频变压器与电压发生器的距离在0.1米内。

13、效果：考虑到轴电压是一种瞬间形成的电压，其变化速度较快。当高频变压器与电压发生器之间存在一定的距离，若该距离过大则会导致即使电压发生器同步输出消除轴电压的电压信号，也会因为两者之间采用电连接，即一般采用导线连接，由于受到阻抗和延迟的影响，导致即使高频变压器输出了消除电压也难以和轴电压相同步，反而该消除电压还会作用于轴承上，加剧轴承电腐蚀。因此将高频变压器与电压发生器的距离控制在0.1米内，即之间采用导线连接的导线也相对应地控制在0.1米以内。通过这样的设置就能达到消除电压和轴电压相同步，达到消除轴电压的效果。

14、优选地，所述消除电压对应多个轴电压有多组；轴电压包括第一轴电压、第二轴电压、第三轴电压、第四轴电压、第五轴电压和第六轴电压；消除电压包括与多个轴电压分别一一对应的第一消除电压、第二消除电压、第三消除电压、第四消除电压、第五消除电压和第六消除电压。

15、效果：一般的，在一个周期内，按照轴电压的变化规律设定消除电压，这不仅能从数值上完全消除轴电压，还能根据所述变化规律对电压发生器进行相应的调节使得消除电压能与轴电压同步输出。

16、第二方案提供一种电机高频循环轴承电流抑制方法，应用于上述所述的第一方面的抗电腐蚀系统，包括：每隔预设周期，所述电机产生轴电压；所述电压发生器用于生成控制高频变压器的控制指令，所述电压发生器生成消除电压的注入指令控制所述高频变压器输出消除电压；所述电机控制器还用于生成控制所述电压发生器的控制指令，所述电压发生器生成信号同步指令控制所述电压发生器输出的消除电压与电机输出的轴电压相同步输出；其中，所述消除电压用于消除轴电压。

17、效果：消除电压和轴电压的产生方式，以使消除电压更好地消除轴电压。

18、优选地，所述高频变压器输出的消除电压通过非接触方式将所述消除电压传递到所述转轴上。

19、效果：采用非接触的方式不仅避免了由于与转轴接触不良或接触电阻过大而导致的发热、电弧等问题，而且高频变压器传递电流时不会受到摩擦等外界因素的影响，因此其效率更高，稳定性更好。

20、本发明相对于现有技术所具有的有益效果

21、首先，通过本实施例设置高频变压器的方式生成消除电压适用于多种型号规格的电机且成本极低，解决了使用绝缘轴承价格昂贵而且只适用于部分型号规格电机的缺点。并且设置高频变压器及其各部件并不直接接触于轴承且并没有改变轴承现有的状态，不会影响电机的正常使用，更不会由此而发生抱轴现象。而设置高频变压器能够避免了由于与转轴接触不良或接触电阻过大而导致的发热、电弧等问题；另一方面，由于与转轴没有物理接触，高频变压器传递电流时不会受到摩擦等外界因素的影响，因此其效率更高，稳定性更好；另一方面考虑到电机内部的电磁干扰较为严重，如高频漏电流会在定子铁芯周围感生高频共模磁通，若采用与转轴接触的方式会受到电磁干扰以造成消除电压不能精准地消除轴电压；

22、其次，考虑到在同一周期内，轴电压的数值会发生变化，而且轴电压属于瞬态电压，其变化速度快，不容易消除，因此通过设置电压发生器和电机控制器的方式，将消除电压和轴电压能够同步输出，使得消除电压与轴电压的变化一致；若出现消除电压与轴电压变化不一致，那就容易导致消除电压并未消除轴电压，反而产生新的电压，更进一步破坏电机轴承。

23、同时，通过设置高频变压器的方式生成消除电压，且通过消除电压消除轴电压，以达到消除高频轴承电流的效果，不仅提高电机轴承的性能和使用寿命，而且能提高电机轴承的耐腐蚀能力，降低其故障率。