1、想要理清電壓的產(chǎn)生機理,首先認識電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、機殼(機座)三大核心部件構(gòu)成。UVW三相繞組對稱嵌裝于定子鐵芯線槽內(nèi),常見接線形式為星形(Y型)與三角形接法。
轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸剛性連接,轉(zhuǎn)軸依靠軸承支承于機殼;
定子與轉(zhuǎn)子不存在直接機械接觸,中間存在均勻氣隙。
定子固定安裝在機殼內(nèi)側(cè),機殼(機座)承擔(dān)機械支撐與防護作用,一般進行接地處理,作為電機電氣系統(tǒng)的參考地。
金屬機殼和內(nèi)部繞組、轉(zhuǎn)子之間不存在直接電氣連接,中間存在絕緣紙、浸漬漆、漆包漆膜、空氣、油膜等絕緣介質(zhì)。繞組與金屬機殼分別等效為平行板電容器的兩塊極板,形成寄生電容。
以此類推,電機內(nèi)部除定子繞組與機殼間等效電容Cwf外,還存在轉(zhuǎn)子與機殼等效電容Crf(金屬轉(zhuǎn)軸和機殼之間由油膜、空氣隔離,轉(zhuǎn)子可在繞組交變磁場作用下感應(yīng)出交變電位)、定子與轉(zhuǎn)子等效電容Cwr、驅(qū)動端軸承與轉(zhuǎn)軸等效電容Cb,de、非驅(qū)動端軸承與轉(zhuǎn)軸等效電容Cb,nde等,共同組成復(fù)雜的寄生電容網(wǎng)絡(luò)。
這類寄生電容容量普遍較小,多處于皮法至納法量級。依據(jù)容抗公式$X_s = 1/(2\pi fC)$,低頻條件下容抗可達兆歐級別;但在高頻高壓工況中,容抗會隨頻率上升明顯降低,成為高頻電流重要的傳導(dǎo)路徑。
①差模電壓主要產(chǎn)生來源
三相電源固有不平衡:電壓幅值偏差、相位不對稱,為基礎(chǔ)誘因;
電網(wǎng)諧波干擾:諧波疊加至基波電壓,加大相線間壓差波動;
接地不良:會間接影響三相電壓對稱性,但對差模電壓影響程度較低。
②電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對稱會放大差模電壓,典型情況包含三相繞組匝數(shù)不一致、導(dǎo)線電阻不均、定子磁路存在偏差、氣隙分布不均勻等。
①共模電壓主要形成來源
變頻器引發(fā)的衍生效應(yīng):多數(shù)變頻器采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù),依靠IGBT等功率器件高頻通斷擬合正弦波形。該高頻開關(guān)動作使電機三相繞組中性點產(chǎn)生高頻電壓脈動,脈動經(jīng)由繞組對地電容形成回路,直接產(chǎn)生共模電壓;
三相不平衡造成電位偏移:實際工況下負載不均衡、線路阻抗不一致會造成三相電壓不對稱,電機中性點電位偏離零電位,形成基礎(chǔ)共模電壓;
電機分布電容傳導(dǎo)效應(yīng):電機繞組與機殼、電纜相線與地線間存在分布電容,高頻工況下可為共模電流提供傳導(dǎo)路徑,進一步放大共模電壓帶來的影響。
②共模電壓受耦合強度、接地條件、變頻器輸出參數(shù)共同影響:
耦合強度:寄生電容越大(定子與機殼間距、氣隙尺寸偏?。娢获詈献饔迷綇?;
接地狀態(tài):機殼接地電阻偏大或接地連接松動時,電荷無法及時泄放,繞組與機殼、轉(zhuǎn)子與機殼之間電位差不斷積聚,造成共模電壓顯著上升;
變頻器參數(shù):變頻器脈沖頻率越高、電壓變化率dv/dt越大,中性點高頻脈動越劇烈,共模電壓幅值與變化速率隨之增大。