什么是共模電壓呢？聊聊電機(jī)軸承電腐蝕

壹

** 共模電壓**

談到電機(jī)軸承電腐蝕，首先要提到的就是共模電壓，因?yàn)椋?a href="http://wenjunhu.com/tags/逆變器/" target="_blank">逆變器供電的電機(jī)系統(tǒng)中，電 機(jī)的軸電壓和軸承電流的根源在于電機(jī)的共模電壓 。那么，什么是共模電壓呢？百度百科的解釋如下

為了更好的理解，我們先來(lái)看下現(xiàn)在三相驅(qū)動(dòng)電機(jī)PWM變頻控制。

逆變器通過(guò)上下橋臂的開(kāi)關(guān)管組合開(kāi)通、關(guān)斷，使逆變器輸出側(cè)輸出一系列等幅不等寬的脈沖電壓來(lái)等效為正弦交流電 。關(guān)于如何將電池的直流電轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電，可關(guān)注 綠芯之友—直流變交流！輕松看懂逆變器工作原理 。

在傳統(tǒng)三相交流供電電機(jī)系統(tǒng)中，定子繞組接三相對(duì)稱電源，定子繞組中性點(diǎn)電壓為零； 而在PWM變頻供電電機(jī)系統(tǒng)中，任意時(shí)刻電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)電壓不為零 。

不為零的中性點(diǎn)對(duì)地電壓，就是我們所說(shuō)的電機(jī)共模電壓 。也就是說(shuō)在PWM變頻系統(tǒng)中，電機(jī)共模電壓是一直存在的， 共模電壓的幅值大小與母線電壓成正比，而其頻率與變頻器的載波頻率有關(guān)。

貳

** 軸承電腐蝕**

簡(jiǎn)單了解完共模電壓，我們就要來(lái)聊聊本文的主題- 電機(jī)軸承電腐蝕 。軸承電腐蝕并不是一個(gè)最近才存在的問(wèn)題，早在 20世紀(jì)初期就已經(jīng)被認(rèn)識(shí)。近些年，隨著乘用車(chē)電機(jī)功率、尺寸增大，軸承電腐蝕問(wèn)題日益嚴(yán)重。在經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，軸承電腐蝕理論也在不斷的被完善。電機(jī)軸承電腐蝕機(jī)理可概況如下， 根源還是上述所說(shuō)的PWM導(dǎo)致的共模電壓 。

貳

** 容性軸電壓**

容性軸電壓也被稱為鏡像軸電壓 。如果軸承油膜是完好的，那么軸承處會(huì)鏡像一個(gè)共模電壓（軸承處于共模串并聯(lián)電路中一環(huán)，等比例分壓）。軸承共模電壓峰值/電機(jī)共模電壓峰值定義為軸承分壓比BVR。 隨著平臺(tái)電壓的升高，BVR會(huì)不斷增大 。

電機(jī)從某種角度來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的電容。一方面，定子繞組分布在定子槽內(nèi)（銅線表面本身有絕緣材料），通過(guò)槽絕緣與定子鐵芯隔開(kāi)；另外一方面，定子鐵心與轉(zhuǎn)子之間通過(guò)氣隙隔開(kāi)。

電機(jī)內(nèi)部主要電容如下。需要注意的是，在接地的情況下，電機(jī)殼體電位為0，因此定子鐵芯電位也為0。

• Cwf-繞組與定子間的電容
• Cwr-繞組與轉(zhuǎn)子間的電容
• Crf-繞組與轉(zhuǎn)子間的電容
• Crf-繞組與轉(zhuǎn)子間的電容
• Cb-軸承的電容

因此，因寄生電容產(chǎn)生的軸電壓回路可簡(jiǎn)化如下，這也可以更好的理解為什么是容性電壓被稱為鏡像電壓的原因

前面談到， 鏡像電壓的前提是軸承油膜是完好的 。無(wú)論是脂潤(rùn)滑軸承還是油潤(rùn)滑軸承，如果油膜絕緣功能未失效，即使軸電壓很高，容性軸電流并不會(huì)產(chǎn)生。當(dāng)油膜失效后，電壓才會(huì)產(chǎn)生電流，繼而導(dǎo)致軸承電腐蝕失效。

三

** 高頻感應(yīng)軸電壓**

共模電壓產(chǎn)生容性軸電壓的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生高頻感應(yīng)軸電壓。 共模電壓產(chǎn)生共模電流，共模電流產(chǎn)生共模磁通，通過(guò)磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即感應(yīng)軸電壓 。共模電流的流通路徑：通過(guò)定子繞組進(jìn)入電機(jī)，流經(jīng)定子硅鋼片疊片，由電機(jī)外殼接地流出。電機(jī)共模電流也被稱為接地電流， * 共模電流簡(jiǎn)易公式：i=C （dv/dt）* * 。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，油膜絕緣尚未完全建立，感應(yīng)軸電壓產(chǎn)生環(huán)路軸承電流；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間或者軸承溫度較高后，油膜潤(rùn)滑性及絕緣性能下降，感應(yīng)軸電壓也會(huì)產(chǎn)生環(huán)路軸承電流。 這兩種情況下環(huán)路軸承電流將取代放電軸承電流成為軸承電流的主要成分 。研究表明： 環(huán)路軸承電流被證明只和共模電流有關(guān) 。

肆

** 總結(jié)**

• 寄生電容產(chǎn)生的容性電壓在生活中較為普遍。比如，變頻器柜體（接地不良）在運(yùn)行的過(guò)程中，觸摸會(huì)有輕微觸電感覺(jué)（人體觸摸，相當(dāng)于系統(tǒng)通過(guò)人體導(dǎo)電）。
• 當(dāng)一個(gè)軸承內(nèi)產(chǎn)生放電軸承電流時(shí)，另一個(gè)軸承也會(huì)成為放電路徑，但是電流值很小。
• 軸電壓由容性電壓和共模電流感應(yīng)電壓組成，母線電壓只影響容性電壓，dv/dt影響感應(yīng)電壓。
• 低轉(zhuǎn)速時(shí)，軸承油膜并完全建立，此時(shí)軸電壓較小。
• 變頻器的載波頻率即開(kāi)關(guān)頻率的增加，對(duì)電機(jī)電容以及共模電壓dv/dt沒(méi)有影響。只是改變了共模電流的脈沖“個(gè)數(shù)”，每個(gè)脈沖的峰值不變。因此開(kāi)關(guān)頻率并不會(huì)直接改變軸電壓峰值，但是會(huì)增加失效風(fēng)險(xiǎn)。
• 同理，逆變器關(guān)斷延遲和死區(qū)時(shí)間，對(duì)軸電壓峰值也沒(méi)有直接影響。
• 在母線電壓不變的情況下，軸電壓受工況影響較大（工況影響dv/dt）。

軸承電腐蝕是一個(gè)系統(tǒng)性的工作，涉及逆變器、電機(jī)、軸承、系統(tǒng)潤(rùn)滑等方面。