空調(diào)永磁同步電機(jī)軸電壓原理及對策

梁銳

（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東佛山，523811）

空調(diào)永磁同步電機(jī)軸電壓原理及對策

梁銳

（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東佛山，523811）

隨著永磁同步電機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，軸電壓的問題不但影響電機(jī)本身的噪音及安全穩(wěn)定性，而且對整個空調(diào)系統(tǒng)都會帶來危害。本文采用建模的方法對常見空調(diào)系統(tǒng)里的永磁同步電機(jī)軸電壓產(chǎn)生的原理進(jìn)行理論分析，并結(jié)合實(shí)例分析軸電壓的預(yù)防和防治。

永磁同步電機(jī)； 軸電壓；軸電流

0 前言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著高性能永磁材料的發(fā)展、電力電子技術(shù)的發(fā)展以及規(guī)模集成電路和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得具有本身體積小、噪音低、高功率、高轉(zhuǎn)速、高力矩等優(yōu)點(diǎn)得到越來越多的青睞。比如在傳統(tǒng)的空調(diào)領(lǐng)域，使用永磁同步電機(jī)平均節(jié)電率高達(dá)10%-25%，因此替換掉原有的交流異步電動機(jī)的趨勢越來越明顯。但是由于永磁同步電機(jī)的控制遠(yuǎn)高于交流異步電動機(jī)，本文探討的就是基于提升永磁同步電機(jī)控制的可靠性提升的一個課題。

1 軸電壓產(chǎn)生的原因分析

軸電壓是指電動機(jī)軸兩端之間或者轉(zhuǎn)軸與軸承座之間所產(chǎn)生的電壓。產(chǎn)生軸電壓的主要原因是由于環(huán)繞電動機(jī)軸的磁路不平衡所引起，這個不平衡的磁通切割轉(zhuǎn)軸，就在軸的兩端感應(yīng)出軸電壓軸承介于電機(jī)的主軸和軸承端蓋之間，主軸和軸承端蓋分離。電機(jī)的軸通過軸承的油膜與電機(jī)絕緣，所以對電機(jī)輸入電壓的話，軸和軸承間發(fā)生軸電壓。這種電壓是延軸向而產(chǎn)生的，如果與軸兩側(cè)的軸承形成閉合回路，就產(chǎn)生了軸電流。一般情況下這種軸電壓大約為1-2V，正因?yàn)椴桓撸院苋菀妆辉O(shè)計者疏忽。

2 軸電壓的危害

如果電機(jī)本身磁路設(shè)計不注意，就會導(dǎo)致軸電壓高，有軸電流通過，就會破壞油膜的絕緣，軸承受損，并且發(fā)生放電（火花），在軸瓦和軸承處產(chǎn)生點(diǎn)狀微孔，并在底部產(chǎn)生發(fā)黑現(xiàn)象。。這個重復(fù)的話，幾年后軸承就滿是傷痕，從而產(chǎn)生噪音。嚴(yán)重時會使軸和軸承受到損壞，運(yùn)行中伴隨著強(qiáng)烈的噪聲及設(shè)備外殼帶電等。比如風(fēng)機(jī)在15Hz以上按PWM頻率運(yùn)行，如果和平常的工業(yè)用電（市電）的50Hz比較的話，在300倍以上的次數(shù)上發(fā)生軸電壓。如果軸承的軸電流壽命用工業(yè)用電（市電）是30年的話，15kHz的PWM變頻器是0.1年的壽命。

3 軸電壓損壞分析

3.1 基于中央空調(diào)常用電機(jī)的變頻驅(qū)動電路

圖1 風(fēng)機(jī)變頻驅(qū)動電路圖

根據(jù)以上，電機(jī)的端子和接地間上外加±DC300V以上的電壓，軸承間發(fā)生用C1和C2、C3和C4分割了的差異的電壓。

3.2 原因分析

正常的軸承內(nèi)輪和外輪之間有滾珠，但滾珠和外輪、內(nèi)輪間有油膜，絕緣了，所以存在著容量。內(nèi)輪和外輪油膜有2～30μm的厚度，但是這是在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)中的時候，運(yùn)行開始、低束運(yùn)轉(zhuǎn)時有可能更薄。油膜如果對于滾珠是均勻存在的話，軸電壓即使有幾十～100V也不會發(fā)生絕緣破壞。但是，滾珠和內(nèi)外輪上有傷有凸起的話，油膜上有空氣的泡的話，絕緣破壞電壓下降到幾V。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中使用了某公司的電機(jī)時就發(fā)生了損壞（DC電壓11V）。

圖2 故障電機(jī)實(shí)測圖

軸承的油膜一被絕緣破壞，就會發(fā)生放電（火花）。一般火花的溫度為5000℃以上，所以金屬表面溶掉留下傷痕。因?yàn)槭欠磸?fù)重復(fù)，所以金屬表面變成條紋狀磨損。這個就是造成風(fēng)機(jī)噪音產(chǎn)生的原因。

3.3 對比分析

也正是軸電壓的產(chǎn)生，加上電機(jī)接地的不良，導(dǎo)致軸電流產(chǎn)生，進(jìn)而進(jìn)一步的發(fā)生了電位腐蝕，以下測試更好的說明了這一點(diǎn)。

圖3 無軸電流波形

對比圖2它的波形就是在某個時間點(diǎn)開始有軸電流通過時的波形，軸電壓從DC11V急速變?yōu)榱肆恪?/p>

4 防范對策

從以上分析可以知道軸電壓本身產(chǎn)生的來源，因此防護(hù)的對策主要從以下方向著手。

（1）從電機(jī)本體設(shè)計上盡量·減少電機(jī)的不對稱度。

（2）電機(jī)本體做好絕緣，充分保證電機(jī)的接地可靠。

（3）使用絕緣轉(zhuǎn)子，加強(qiáng)絕緣，切斷軸電流的回路。

5 結(jié)論

從以前的例子來看，電腐蝕引起的噪音發(fā)生一般在使用開始的幾年后。家用空調(diào)的情況，即使一棟房屋有幾臺的空調(diào)，但是開始使用時間或許會有不同，所以同時發(fā)生電腐蝕并引起噪音的情況很少。但中央空調(diào)的情況，相同建筑物里同時期安裝多量的空調(diào)，幾年后同時有噪音發(fā)生，那導(dǎo)致大問題發(fā)生的可能性很高。在日本，軸電流引起的電腐蝕一直都存在，但軸電壓發(fā)生的原理和軸電壓的正確的測量方法都不太清楚，所以對策也不是很充分明確。

并且日本的電源電壓為AC100V，軸電壓很低，這也可以考慮為沒有把問題充分解決的原因。

而中國、美國、歐洲因?yàn)椴捎肈C風(fēng)機(jī)比較遲，所以好像還沒有很大的問題發(fā)生，但因?yàn)槭茿C220～240V的電源，以后確實(shí)會發(fā)生問題的。因此，軸承的電腐蝕必須在開發(fā)階段就必須要重視并預(yù)防。

[1]G.W Buckley,R.J.Corking.The Importance of Grounding Brushes to the Safe Operation of Large.

Tuibine Generator. IEEE Trans. Energy Conversion 1988,3(3);607-12.

[2] 胡曉飛,紀(jì)璇,董淑慧. 電機(jī)軸電壓的產(chǎn)生原因及防治[J].科技博覽，2010,12(47).

[3]丁梵林.電機(jī)軸電流產(chǎn)生的原因及其防止措施[J].大電機(jī)技術(shù);1981,04.

[4]解毓鏞.發(fā)電機(jī)軸電流的種類、產(chǎn)生原因和防止措施[J].華北電力技術(shù);1981,04.

[5]李樹華.降低軸電壓、消除軸電流,提高BPS500千瓦變頻機(jī)壽命[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,1982,06.

安捷倫科技公司在 HPLC 2017 會議上推出全新分析和純化解決方案

2017年6月20日，北京——安捷倫科技公司,宣布推出幾款新產(chǎn)品以完善InfinityLab LC 系列，這些全新InfinityLab儀器、色譜柱、備件產(chǎn)品可與 Agilent OpenLAB 軟件和Agilent CrossLab 服務(wù)無縫協(xié)同工作，為客戶提供高效的工作流程。

全新 Agilent InfinityLab 液相色譜純化解決方案提供了從分析型到制備型純化系統(tǒng)的全套產(chǎn)品系列。該全新解決方案包括 11 個模塊、各種附件和軟件，能夠讓實(shí)驗(yàn)室量身定制滿足其需要的純化系統(tǒng)。范圍涵蓋適用于簡單常規(guī)純化工作的超值系統(tǒng)，以及適用于高通量純化實(shí)驗(yàn)室的全自動解決方案。安捷倫提供支持餾分觸發(fā)的各種檢測器，包括全新安捷倫 LC/MSD 或 LC/MSD XT系統(tǒng)的質(zhì)譜檢測器。

作為可進(jìn)行更標(biāo)準(zhǔn)的 HPLC 分析的全新旗艦產(chǎn)品，1260 Infinity II Prime 液相色譜系統(tǒng)能夠?yàn)槌Ｒ?guī)分析提供出色的性能，并為全新 Agilent Ultivo 三重四極桿質(zhì)譜系統(tǒng)提供理想的前端。

1260 Infinity II Prime 液相色譜為 1260 Infinity II液相色譜產(chǎn)品系列提供了更為便利的標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)展的壓力范圍（高達(dá)800 bar）、卓越的四元混合以及專門設(shè)計的色譜柱。 該自動化儀器能夠減少手動進(jìn)樣，從而提高分析實(shí)驗(yàn)室效率。最初只可用于1290 Infinity II 液相色譜系統(tǒng)的智能系統(tǒng)模擬技術(shù)(ISET) 能夠確保許多安捷倫和第三方舊儀器之間的無縫方法轉(zhuǎn)移。

1260 Infinity II Prime 液相色譜更加便于使用，其具有突出顯示的全新本地用戶界面 — Agilent InfinityLab 液相色譜配套產(chǎn)品。

基于最新技術(shù)改進(jìn)的全新 1260 Infinity II SFC 系統(tǒng)，可為超臨界流體色譜 (SFC) 提供出色的性能。 該系統(tǒng)不僅能夠通過 SFC 實(shí)現(xiàn)高速分離，也能確保實(shí)驗(yàn)室通過更換常用于正相液相色譜的有毒和易燃溶劑節(jié)省資金并減少污染。

1260 Infinity II SFC 系統(tǒng)提供多種配置方案，對于混合型SFC/UHPLC系統(tǒng)執(zhí)行的SFC和LC運(yùn)行結(jié)果，安捷倫能夠讓實(shí)驗(yàn)室對這些結(jié)果進(jìn)行比較，或者在方法開發(fā)設(shè)置中使用多達(dá) 32 根色譜柱和 12種溶劑進(jìn)行手性分離條件篩選。

安捷倫科技公司副總裁兼液相分離事業(yè)部總經(jīng)理 Stefan Schuette 表示：“安捷倫堅信通用方法不能滿足全球液相色譜實(shí)驗(yàn)室的性能、功能和預(yù)算需求，因此我們將在布拉格舉辦的 HPLC會議上推出一系列全新安捷倫產(chǎn)品，包括從一維液相色譜到二維液相色譜、從反相液相色譜到 SFC 以及從分析型純化到制備型純化的全套液相分離產(chǎn)品系列?！?/p>

Air conditioning of permanent magnet synchronous motor shaft voltage principle and Countermeasures

Liang Rui
（Guangdong Midea heating and Ventilating Equipment Co., Ltd., Foshan Guangdong,523811）

With the development of permanent magnet synchronous motor is widely used in air conditioning system, shaft voltage problem not only affects the noise and stability of the motor itself, but also will bring harm to the entire air conditioning system. The principle of the modeling method of permanent magnet synchronous motor shaft voltage of common air conditioning system in the theoretical analysis, combined with the analysis and prevention of shaft voltage examples.

permanent magnet synchronous motor; shaft voltage; shaft current