基于Simulink模型的高频轴电流影响因素研究

变频调速系统产生的轴电流问题已经成为主要轴承故障，由于轴电流的产生，严重影响到了电驱动系统的稳定性和安全性，因此本文通过Matlab/simulink建立轴向三段式高频轴电流预测模型，研究SPWM控制策略中的载波频率，基础波频率和直流母线电压对轴电流的影响，根据仿真得到的轴电流波形，在单位时间内，对轴电流的发生的次数和轴电流值进行对比研究，结果表明，随着载波频率的增加，在相同时间内，轴电流产生的频率增加，轴电流增长幅度不大，变化平稳。因此载波频率的改变影响单位时间内轴电流产生的次数，对于轴电流值影响不大。随着直流母线电压的升高，轴电流波形和产生次数几乎不变，轴电流随着母线电压的增大而增大基础波频率对于轴电流的发生次数影响不大，随着基础波频率的增大，产生的轴电流值几乎不变，轴承等效电容的变化，轴电流值不断升高，轴电流波形变化不大。

近年来，由于脉宽调频技术的广泛应用，交流电机的快速发展，使其成为使用最多的电机，由于交流电机结构简单，制造简易，方便耐用的特点，广泛应用到生产生活的各个方面，而且由于交流电机具有高转速，高转矩，必定带来高电压和高电流，电机多采用IGBT 来控制脉冲，但是IGBT 开关时间只有几百纳秒，导致输出端产生高频电压，而且SPWM 脉宽调频技术会使任意时刻的三相电压之和不为零，将使电机产生高频共模电压，从而产生高频轴电流，导致电腐蚀情况出现。通过文献得出轴承电腐蚀故障占轴承总的故障40%~50% [1]，因此，轴承电腐蚀故障可以认为如今最常见的故障。

目前，国内外很多学者对于高频轴电流进行了研究。严欣平[2]等人通过JMAG-Designer 软件建立电机模型，研究了直流母线电压和死去电压对于轴承损伤程度的研究，Chen Shaotang [3]等人根据轴电流产生的机理，提出产生轴电流主要原因是高频共模电压和交流电机中耦合电容的存在。Park [4]等人提出将电机中各项绕组对于地和转子的等效电容平均的分布在绕组周围，王禹[5]通过将耦合电容采用分段式的分布参数模型，平均分为三段进行研究。任雪娇[6]通过研究发现将分布参数分成六段时，高频共模电压产生的轴电流最为稳定。

轴电流形成原因主要包括三点： 1) 通过静电反应产生电流，在电机的运转过程中，点击内部零件会相互产生摩擦，从而导致电荷逐渐累积，产生静电场，导致出现电势差，产生静电放电现象[7]。

2) 电机安装制造过程中产生不稳定的电压，导致磁路不对称，造成电机轴周围产生磁通量，转轴运动时，切割磁感线产生感应电动势，继而形成感应电流[8]。

3) 脉宽调频技术的应用，绝缘栅双极型晶体管控制开关时间只有几百纳秒，从而使得输出端产生高