用于電力傳動(dòng)系統(tǒng)的交流電機(jī) 應(yīng)用導(dǎo)則 征求意見(jiàn)稿

GB/T21209—20XX/IECTS60034-21用于電力傳動(dòng)系統(tǒng)的交流電機(jī)應(yīng)用導(dǎo)則本文件描述了變頻器供電的交流電機(jī)的性能特性，明確了應(yīng)用于變頻工作制的電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。作為電力傳動(dòng)系統(tǒng)的一部分，本文件還規(guī)定了電機(jī)和變頻器之間的接口參數(shù)及其相互影響，包括安裝若變頻器制造商給出了特定的安裝建議，則應(yīng)優(yōu)先采用其建議，再下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適GB/T10068-2020軸中心高為56mm及以上電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)的測(cè)量、評(píng)定及限值（IECGB/T755—2019旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能(IEC60034-1:2017IEC60034-2-1旋轉(zhuǎn)電機(jī)（牽引電機(jī)除外）確定損耗和效率的試驗(yàn)方法（Rotatingelectrical））注：GB/T25442-2018旋轉(zhuǎn)電機(jī)（牽引電機(jī)除外）確定損耗和效率的試驗(yàn)方法(IEC60034-2-1:2020注：GB/T34861-2017確定大電機(jī)各項(xiàng)損耗的專用試驗(yàn)方法(IEC60034-2-2:2020IEC60034-2-3變頻器供電交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)確定損耗和效率的特定試驗(yàn)方法（Specifictestmethodsfordeterminingloss注：GB/T32877-2016，變頻器供電交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)確定損耗和效率的特定試驗(yàn)方法(IEC60034-2-3:2020,IIEC60034-6旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法（Coolingmethods注：GB/T1993-1993旋轉(zhuǎn)電機(jī)冷卻方法(IEC60034-6:IEC60034-12單速三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能（Startingperformanceofsingle-speedGB/T21209—20XX/IECTS60034-22注：GB/T21210-2016旋轉(zhuǎn)電機(jī)第12部分：IEC60034-18-41旋轉(zhuǎn)電機(jī)電壓型變頻器供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)無(wú)局部放電(Ⅰ型）電氣絕緣結(jié)構(gòu)的鑒別和質(zhì)量控制試驗(yàn)（Rotatingelectricalmachines–PartialdischargefreeelectricalconvertersQualificationandqIECTS60034-18-42旋轉(zhuǎn)電機(jī)電壓型變頻器供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)耐局部放電電氣絕緣結(jié)構(gòu)(Ⅱ型）electricalmachinesfedfromvoltageconIEC60079爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備（ElectricalapparatusfguidelinesSection1：GeneralconsiderationsBasicEMCpublicaIECTR61000-5-2電磁兼容（EMC）第IECTS62578:2015電力電子系統(tǒng)與設(shè)備有源動(dòng)力變頻器應(yīng)用的操作條件和特性（Power3.13.23.3GB/T21209—20XX/IECTS60034-233.4線電流瞬時(shí)值之和icM。3.5由一個(gè)或多個(gè)電子開(kāi)關(guān)器件和相關(guān)的元器件，與變壓器、濾波器、換相輔助器件、控制器、保護(hù)和輔助部件（若有）組成的，用于改變一個(gè)注：這個(gè)定義取之于GB/T12668.2-2002，這一部分中包含的成套傳動(dòng)模塊（CDM）和基本傳動(dòng)模塊3.6變頻器供電電機(jī)converter-fedelect電機(jī)由變頻器獨(dú)立供電，不管是變頻器供電專用設(shè)計(jì)的電機(jī)，還是適用于IEC60034-12規(guī)定范圍3.7定速電機(jī)fixed-speedelectricalma3.8一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)能在其電磁環(huán)境中正常地運(yùn)行而對(duì)該環(huán)境中的其它設(shè)備不產(chǎn)生過(guò)度電磁干擾的能3.93.103.11由電力設(shè)備（包括變頻器部分、交流電機(jī)和其它設(shè)備，但不限于饋電部分）和控制設(shè)備（包括開(kāi)關(guān)控制－如通／斷控制，電壓、頻率或電流控制，觸發(fā)系統(tǒng)、保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)控、通訊、測(cè)試、診斷、3.12為了電氣安全，將一個(gè)系統(tǒng)、裝置或設(shè)備中的一點(diǎn)3.133.14GB/T21209—20XX/IECTS60034-243.153.163.173.18變頻器適用型電機(jī)converterca為適合在電網(wǎng)直接供電的場(chǎng)合下啟動(dòng)而設(shè)計(jì)的電機(jī)，在不增設(shè)特殊濾波裝置的前提下，也能夠在3.19為適合在變頻器供電的場(chǎng)合下工作而設(shè)計(jì)的電機(jī)，其設(shè)計(jì)溫升符合指定的絕緣雖然對(duì)任何應(yīng)用場(chǎng)合規(guī)定電機(jī)和變頻器特點(diǎn)的方法都很相似，但最終的選擇在很大程度上受到應(yīng)注：變頻器適用電機(jī)通常為IEC60034-12中規(guī)定的N、NE、NEY、H、HE和HEY型設(shè)計(jì)或者NEM型設(shè)計(jì)，并且需要符合歐洲，北美和其他國(guó)家的能了解包括傳動(dòng)負(fù)載、電機(jī)、變頻器和電網(wǎng)電源的完整的系統(tǒng)信息是使系統(tǒng)中電機(jī)達(dá)到要求性能的——起動(dòng)要求，包括起動(dòng)次數(shù)和負(fù)載說(shuō)明（折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩）；）；——可用的電源和布線說(shuō)明，最終的配置將受所4.3轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速因素4.3.1概述GB/T21209—20XX/IECTS60034-25圖1、圖2和圖3所示分別為變頻器供電電機(jī)典型的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性、主要影響因素和其結(jié)果。根據(jù)4.3.2轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速性能圖1所示為變頻器供電電機(jī)的轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速性能?？色@得的限制。在弱磁頻率f0和轉(zhuǎn)速n0以上，電機(jī)可以恒功率運(yùn)行，其轉(zhuǎn)矩正比于1/n。對(duì)感應(yīng)電機(jī)，如果達(dá)到了最大轉(zhuǎn)矩的最小值（正比于1/n2則功率按1/n比率降低，轉(zhuǎn)矩按1/n2比率下降（擴(kuò)充的區(qū)域）。對(duì)同步電機(jī)，擴(kuò)充的區(qū)域則不適用。最大轉(zhuǎn)速nmax不僅受轉(zhuǎn)速n0以上弱磁引起的轉(zhuǎn)矩降低的限制，而且GB/T21209—20XX/IECTS60034-26為變頻器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電機(jī)其額定工作點(diǎn)通常是該電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩和功率的那一點(diǎn)，包括該點(diǎn)處的額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)矩和額定功率，如圖1基點(diǎn)n0處，nN＝n0。最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速可能高于額定轉(zhuǎn)速，且最大運(yùn)行電壓可超過(guò)額定電壓，這取決于電壓頻率特性（見(jiàn)44.3.4轉(zhuǎn)矩／轉(zhuǎn)速性能的限制因素4.3.5安全運(yùn)行轉(zhuǎn)速、超速性能和超速試驗(yàn)為變頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的電機(jī)，制造商應(yīng)在銘牌上進(jìn)行標(biāo)明變頻運(yùn)行的能力。IEC60034-1:2010的9.6規(guī)使用滑動(dòng)軸承的電機(jī)，設(shè)置最小安全運(yùn)行轉(zhuǎn)速可以保證潤(rùn)滑所需的油膜厚度。低于此限值時(shí)，有必要配置液壓頂升裝置。由于與此相關(guān)的作用因素甚多，通常需要針對(duì)具體問(wèn)題作出分析，生產(chǎn)商應(yīng)交流電機(jī)的超速定義見(jiàn)IEC60034-1:2010的9.7，但超速試驗(yàn)通常并非必需。如協(xié)議約定時(shí)該試驗(yàn)，試驗(yàn)的目的是為了檢查離心力作用下轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的完整性。盡管對(duì)于定速電機(jī)來(lái)說(shuō)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速GB/T21209—20XX/IECTS60034-27要超過(guò)其同步轉(zhuǎn)速事實(shí)上是不可能的，但發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠通過(guò)汽輪機(jī)加速至其同步轉(zhuǎn)速之上（例如突對(duì)于變頻器供電電機(jī)，不可能依靠變頻器控制使電機(jī)加速至高于其最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速。特別是對(duì)于大型同步電機(jī)，通常在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，最大超速設(shè)計(jì)為最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速的1.05倍，試驗(yàn)也在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速的高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子應(yīng)具備良好的平衡性。如果必須長(zhǎng)時(shí)間高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，則軸承壽命可能會(huì)被縮短。同樣，對(duì)于高轉(zhuǎn)速應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)特別注意潤(rùn)滑脂的使用壽命和再潤(rùn)滑4.3.6冷卻裝置圖1表明了冷卻方式對(duì)電力傳動(dòng)系統(tǒng)最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速性能的影響。額定功率在兆瓦范圍內(nèi)的電機(jī)，其冷卻系統(tǒng)通常包含一個(gè)初級(jí)冷卻回路（通常以空氣作為初級(jí)冷卻介質(zhì)）和一個(gè)次級(jí)冷卻回路（以空——初級(jí)冷卻介質(zhì)和次級(jí)冷卻介質(zhì)均由獨(dú)立部件驅(qū)動(dòng)，冷卻介質(zhì)的流動(dòng)獨(dú)立變頻器輸出電壓（U）和頻率之間的關(guān)系有數(shù)種特性A——電壓隨速度增大而增大，在弱磁頻率f0時(shí)達(dá)到最大輸出電壓Umax；B——電壓隨速度增大而增大，在弱磁頻率f0以上新的弱磁頻率f01處時(shí)達(dá)到最大輸出電壓Umax。這擴(kuò)大了恒磁通（恒轉(zhuǎn)矩）的轉(zhuǎn)速范圍，但在這一速度范圍內(nèi)有效轉(zhuǎn)矩比情況A要??；C——電壓隨速度增大而增大至弱磁頻率f0處,然后以緩慢的速率增加,并在fmax處達(dá)到最大輸出電壓Umax，以避免在恒磁通范圍內(nèi)出現(xiàn)過(guò)大的轉(zhuǎn)矩跌落；D——在低頻時(shí)提高電壓以改善起動(dòng)性能，防止電流不必要的增大。在任意情況下，依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速的要求，電壓-頻率的關(guān)系可能為線性或者為非線性。GB/T21209—20XX/IECTS60034-28圖3變頻器輸出電壓/頻率特性的示例4.3.8共振頻帶變頻器供電電機(jī)，其轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所包含的某些速度會(huì)使電機(jī)定子、電機(jī)／負(fù)載的軸系統(tǒng)或傳動(dòng)設(shè)備的部件產(chǎn)生共振。通過(guò)變頻器的設(shè)置，有可能跳過(guò)這些共振頻率。然而，即使跳過(guò)了共振頻率，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于該共振轉(zhuǎn)速之上時(shí)，仍將帶動(dòng)負(fù)載加速經(jīng)過(guò)該共振速度。減少加速時(shí)間有利于減少共振時(shí)4.3.9工作制4.3.9.1概述在各種工作制運(yùn)行中，負(fù)載或轉(zhuǎn)速經(jīng)常變化（見(jiàn)IEC——電機(jī)散熱隨轉(zhuǎn)速和冷卻方式而變化；——可能要求電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大于滿載轉(zhuǎn)矩。為了加速、操縱最大負(fù)荷甚至使負(fù)載減速，可能要求電機(jī)工作于滿載轉(zhuǎn)矩之上。高于額定電流運(yùn)行將增大電機(jī)的發(fā)熱量。當(dāng)電機(jī)過(guò)載時(shí)需要采額定時(shí)更高溫度的絕緣等級(jí)或?qū)﹄姍C(jī)所運(yùn)行的工作制進(jìn)行評(píng)定以確定電機(jī)是否具有足夠）；——為使電機(jī)減速，可能要采用直流制動(dòng)、能耗制動(dòng)或再生制動(dòng)。無(wú)論電機(jī)為驅(qū)動(dòng)負(fù)載產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩或被負(fù)載驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生能量回饋至變頻器，還是在減速時(shí)通過(guò)對(duì)繞組施加直流電以矩，電機(jī)的發(fā)熱量都近似與電流平方成比例。該發(fā)熱量必須在工作制分析中予以考4.3.9.2高沖擊負(fù)載S6工作制）。在這些應(yīng)用中，電機(jī)快速加載或卸載。該負(fù)載轉(zhuǎn)矩有可能是正的（與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相），這種高沖擊負(fù)載將導(dǎo)致電機(jī)所需的電流（來(lái)自于變頻器）迅速增大或減小。如果該轉(zhuǎn)矩是負(fù)的，電機(jī)會(huì)回饋電流至變頻器。這些瞬態(tài)電流在定子繞組中產(chǎn)生應(yīng)力。該瞬態(tài)電流的大小是變頻器和電機(jī)采用冷卻效果與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的冷卻方式（獨(dú)立風(fēng)扇或其它冷卻介質(zhì)，如水GB/T21209—20XX/IECTS60034-29適當(dāng)?shù)幕\型轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，然而該設(shè)計(jì)對(duì)降低損耗和改善效率并不利，需要用合適的電機(jī)額定電壓補(bǔ)償這些電壓降，如電機(jī)額定電壓低于變頻器電率m=k1n+k2n2額定運(yùn)行狀態(tài)下，不同于堵GB/T21209—20XX/IECTS60034-2要求快速電流響應(yīng)和精確動(dòng)態(tài)控制時(shí)，準(zhǔn)確確定諧波損為了改進(jìn)熱模型或在低速下要求精確控制的高轉(zhuǎn)矩應(yīng)用場(chǎng)合，由電機(jī)設(shè)計(jì)者提供電機(jī)內(nèi)部熱容量對(duì)電壓源型變頻器，對(duì)換相電路的設(shè)計(jì)而言電機(jī)等值電路的信息通常并不重要，但是電機(jī)的諧波阻抗對(duì)因諧波引起的損耗卻有重大的影響。電壓源型變頻器將輸出電壓施加至所聯(lián)接的電機(jī)，輸出電壓使用似方波電壓脈沖來(lái)合成正弦波（兩電平變頻器施加的是中間直流電壓的峰-峰值），具有陡斜率變頻器以非正弦波供電時(shí)電機(jī)內(nèi)除由基波電壓和基波電流產(chǎn)生的損耗外，還會(huì)產(chǎn)生一些附加損耗。這些附加損耗取決于轉(zhuǎn)速、電壓和電流、變頻器輸出電壓波形以及電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與尺寸。如果沒(méi)有串聯(lián)電感和濾波器，對(duì)兩電平變頻器來(lái)說(shuō)，這些附加損耗將達(dá)到基本損耗的1030即占電機(jī)額定輸出功率的12隨電機(jī)容量增大而減小。對(duì)三電平變頻器來(lái)說(shuō)，由變頻器供電引起的附加損％～變頻器供電引起的附加損耗的大小和特性取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)、變頻器類型與參數(shù)以及濾波電路的），GB/T21209—20XX/IECTS60034-25.2變頻器供電產(chǎn)生的附加損耗的分布和減對(duì)于變頻器輸出脈沖來(lái)說(shuō)，電機(jī)表現(xiàn)為一個(gè)與頻率有關(guān)的阻抗，其損耗主要由導(dǎo)體（主要為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，某些情況下也包括定子導(dǎo)體）中的擠流效應(yīng)和漏磁通路徑（尤其是鐵心疊片）中的渦流損耗產(chǎn)——轉(zhuǎn)子槽開(kāi)口；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2圖5所示為一臺(tái)由50Hz正弦波和5.5kHz載波頻率電壓源型變頻器供變頻器供電最顯著的優(yōu)勢(shì)在于能夠根據(jù)負(fù)載情況通過(guò)優(yōu)化電機(jī)磁通（例如，在部分負(fù)載時(shí)其所要求的轉(zhuǎn)矩與速度的平方成比例。低速時(shí)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)降低，因此能由較低的磁通產(chǎn)生，電機(jī)損這一原則同樣適用于“恒功率因數(shù)控制”中，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化（轉(zhuǎn)速不一定變化）的應(yīng)用也可通過(guò)改變中間直流回路電壓降低基波損耗。較高的中間直流回路電壓或許會(huì)5.3.2降低變頻器供電引起的附加損耗——提高開(kāi)關(guān)頻率；直到數(shù)千赫茲，由變頻器供電產(chǎn)生的電機(jī)附加損耗隨脈沖頻率的增加而顯著耗為最小值（見(jiàn)圖A.1）。對(duì)于磁滯或隨機(jī)PWM控制GB/T21209—20XX/IECTS60034-25.4使用濾波器降低變頻器供電引起的電機(jī)附加損耗變頻器輸出端使用濾波器可減小高頻開(kāi)關(guān)電壓的振幅和du/dt值，而不過(guò)度影響電機(jī)端的低頻合成電壓?？偟挠绊懭Q于應(yīng)用場(chǎng)合以及電機(jī)和濾波器的尺寸。為避免增加電機(jī)的基波電流損耗，應(yīng)考慮電機(jī)端由濾波器電壓降引起的電壓下降。同樣，濾波器中也會(huì)有損耗，但這一損耗通常比由變頻器供除了降低由變頻器供電引起的電機(jī)附加損耗，濾波器還對(duì)減少電機(jī)繞組上的電壓應(yīng)力、降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、改善電磁兼容性能有顯著好處（見(jiàn)9.2）。但會(huì)減慢PDS的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，濾波器的電壓降也會(huì)5.5溫度和預(yù)期壽命由負(fù)載狀況及電壓波形所引起的基波損耗和附加損耗的總和使得電機(jī)繞組產(chǎn)生溫升。該溫升還受——選用更大容量的電機(jī)；——優(yōu)化變頻器輸出波形。負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化對(duì)繞組溫度的影響用IEC60034-1中確定的工作制來(lái)表征。變頻器供合的工作制是S1和S10。工作制S1考慮到最高允許溫度，而工作制S10（變負(fù)載和變轉(zhuǎn)速運(yùn)行）允許溫升在有限的時(shí)間內(nèi)超出絕緣耐熱等級(jí)的限定值。IEC60034-1:2010給出了溫升限值，其附錄A給出了預(yù)IEC60034-2-1和IEC60034-2-2GB/T21209—20XX/IECTS60034-2若在實(shí)踐中需要對(duì)總損耗（包括附加諧波損耗）進(jìn)行更精確的評(píng)估，則應(yīng)根據(jù)PDS最終的運(yùn)行方式——轉(zhuǎn)速?gòu)慕咏愕匠^(guò)基速變化。這將會(huì)影響軸承和潤(rùn)滑、通風(fēng)和其它任何受溫度變化影響的——電機(jī)電源的頻率和諧波成份對(duì)定子鐵心中所產(chǎn)生的電磁噪聲有很大的影響，其次是軸承噪——由電機(jī)氣隙磁場(chǎng)中的不同頻率的波相互作用而引起的定子滾動(dòng)軸承潛在的發(fā)射噪聲基頻直接隨轉(zhuǎn)速變化。如果軸承在基速時(shí)“寂靜”，那么當(dāng)速度減小時(shí)，其噪聲級(jí)不會(huì)有顯著變化。然而，當(dāng)速度超過(guò)基速時(shí)，由于滾動(dòng)體間的滑動(dòng)加劇了基頻諧波而導(dǎo)致軸承噪聲顯著增大。當(dāng)速度因子（軸承直徑mm×轉(zhuǎn)速r/min）速增加。經(jīng)驗(yàn)表明，縮短潤(rùn)滑間隔或利用油浴或油霧增加潤(rùn)滑量可抑制噪聲的增當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于轉(zhuǎn)速范圍中的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，其軸承溫度比運(yùn)行于較低轉(zhuǎn)速時(shí)高。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)確保有足夠的標(biāo)稱游隙和／或具有彈簧加載裝置就顯得對(duì)于安裝于軸上的風(fēng)扇，其產(chǎn)生的噪聲變化近似如圖7所示（風(fēng)扇圓周線速度不超過(guò)50m速降低50％，風(fēng)扇噪聲約按公式⊿S(dB)=50log10(R)或降低15dB；轉(zhuǎn)速增加50％，風(fēng)扇噪聲增加約9GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電磁噪聲本質(zhì)上是由作用在氣隙處的定子鐵芯表面的徑向力波產(chǎn)生的。這些電磁力波是由氣隙中變化的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的，通過(guò)磁場(chǎng)幅值、頻率和模態(tài)振型來(lái)描述。由于幅值很小，只有當(dāng)某一徑向力波的頻率和模態(tài)振型與定子鐵心的固有頻率和模正弦波電壓供電時(shí)，由氣隙磁場(chǎng)的空間諧波引發(fā)電磁噪聲。設(shè)計(jì)上應(yīng)避免電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)發(fā)生共振。但當(dāng)電機(jī)在較寬的速度設(shè)定范圍內(nèi)恒磁通運(yùn)行時(shí)，由于存在大量的空間諧波磁場(chǎng)，在某些特定速度下發(fā)生電磁噪聲是不可避免，即使供電電壓為正弦波也是如此。為了避免在相關(guān)轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)過(guò)高的噪聲，越過(guò)一小段頻帶是常用的方法。這種方式不僅限于變頻器供電的情況，在由正弦波的變頻電當(dāng)電機(jī)由變頻器供電時(shí)也有上述情況發(fā)生。但在這種情況下，原有的空間諧波疊加了由時(shí)間諧波產(chǎn)生的磁場(chǎng)。對(duì)于由此產(chǎn)生的較大的電磁噪聲，考慮基頻下的氣隙基波磁場(chǎng)（極對(duì)數(shù)為p）與各時(shí)間PDS設(shè)計(jì)者需致力于找到解決噪聲問(wèn)題的最佳方案，但應(yīng)意識(shí)到只有靠變頻器和電機(jī)的設(shè)計(jì)者相互合作才能達(dá)到目的，單獨(dú)依靠任何一方都經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)脈沖頻率小于3kHz時(shí)，諧波頻率將接近于大中型電機(jī)鐵心和結(jié)構(gòu)在寬調(diào)速范圍應(yīng)用場(chǎng)合，在運(yùn)行速度范圍內(nèi)不可避免地在一些運(yùn)行點(diǎn)出現(xiàn)諧振（見(jiàn)圖A.2）。對(duì)于軸中于2.5kHz。相反，隨著變頻器脈沖頻率增高至4kHz或5kHz甚至更高時(shí)，諧振將會(huì)出現(xiàn)于更小的電機(jī)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2與正弦波供電的情況相比，同一臺(tái)電機(jī)改由PWM控制的變頻器供電時(shí)所增加的噪聲，在開(kāi)關(guān)頻此外，對(duì)于大型電機(jī)，可使用正弦波供電在空載和額定頻率下GB10069.3-2008規(guī)定了聲功率級(jí)限值，其中第7章以表格形式給出了變頻器供電和正弦波供電時(shí)6.2振動(dòng)(不包括扭轉(zhuǎn)振蕩)——電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——變頻器輸出波形。若假定變頻器有理想的輸出波形，電機(jī)的機(jī)械特性和安裝也加以特別注意，則可獲得與電機(jī)運(yùn)行于正弦波供電時(shí)類似的振動(dòng)等級(jí)。因此，對(duì)于PWM電壓源型變頻器供電電機(jī)，不需要再確定異于GB/T10068-2020給出的正弦波供電電機(jī)GB/T10068-2020給出了自由懸置或剛性無(wú)聯(lián)軸器聯(lián)接時(shí)電機(jī)的振動(dòng)等級(jí)，這些都是電機(jī)質(zhì)量的指標(biāo)。當(dāng)電機(jī)安裝于某裝置或者用聯(lián)軸器安裝電機(jī)與傳動(dòng)設(shè)備用聯(lián)軸器聯(lián)接時(shí)存在很多自然共振，如果電機(jī)需要運(yùn)行在轉(zhuǎn)速范圍較寬的應(yīng)用場(chǎng)合，則這些共振很難完全避免。如果出現(xiàn)問(wèn)題，有時(shí)可通過(guò)對(duì)控制器進(jìn)行編程來(lái)跳過(guò)引起機(jī)械共振的影響振動(dòng)等級(jí)的很多因素來(lái)源于整個(gè)系統(tǒng)，僅考慮電機(jī)被試電機(jī)宜剛性安裝，應(yīng)由變頻器供電，且其輸出特性應(yīng)與實(shí)際運(yùn)行當(dāng)按照6.2.2.2規(guī)定的試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在電機(jī)軸承室測(cè)得的振動(dòng)幅值不應(yīng)超過(guò)GB/T10068-由諧波產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩（穩(wěn)態(tài)）對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的影響較小。但這不適用于變頻器供電電機(jī)在軸上產(chǎn)生的振蕩轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的幅值和頻率可在整個(gè)關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩振動(dòng)，為了避免發(fā)生在脈沖控制變頻器的傳動(dòng)系統(tǒng)中，最有影響的振蕩轉(zhuǎn)矩的頻率取決于開(kāi)關(guān)頻率，而它們的幅值取這些轉(zhuǎn)矩因其頻率遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的臨界機(jī)械頻變頻器輸出電壓不對(duì)稱引起的直流分量和負(fù)序分量會(huì)產(chǎn)生1或2倍基頻轉(zhuǎn)矩分量，應(yīng)小心預(yù)防。應(yīng)當(dāng)牢記的是，對(duì)直流分量而言僅是電阻起作用而對(duì)負(fù)序分量則是短路阻抗起作用，因此，很小的不對(duì)稱電壓將產(chǎn)生相當(dāng)大的不對(duì)稱電流，從而出現(xiàn)振蕩轉(zhuǎn)矩，特別是當(dāng)與軸系諧振頻率相近時(shí)。如果轉(zhuǎn)矩GB/T21209—20XX/IECTS60034-2傳遞面能夠分離，那么因齒輪組、聯(lián)軸器或某些軸聯(lián)接中存在間隙而使其來(lái)回撞擊，從而該振蕩轉(zhuǎn)矩當(dāng)電機(jī)由變頻器供電時(shí)，絕緣結(jié)構(gòu)所承受的電介質(zhì)應(yīng)力要高于由純正弦波電源供電所承受的電介電壓源型變頻器產(chǎn)生不同寬度和頻率的固定振幅電壓方波脈沖。變頻器輸出脈沖的電壓振幅由直濾波器等輔件所構(gòu)成的整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共模和差模瞬態(tài)疊加效應(yīng)（見(jiàn)IECTS6頻器輸出電壓上升時(shí)間在20ns～400ns范圍，為了減小輸出半導(dǎo)體中的開(kāi)關(guān)損耗應(yīng)盡可能縮短上升時(shí)間。此類變頻器通過(guò)電纜連接會(huì)在電機(jī)端產(chǎn)生重復(fù)的過(guò)沖電壓，如果超出電機(jī)重復(fù)電壓耐受強(qiáng)度，那么勢(shì)必會(huì)降低絕緣系統(tǒng)的壽命。圖9所示為在一時(shí)間段內(nèi)、不同運(yùn)行條件下，在變頻器供電電機(jī)的接線端測(cè)得的浪涌信號(hào)曲線。從圖中可以看出，浪涌信號(hào)、浪涌上升時(shí)間以及幅值之間并非簡(jiǎn)單的關(guān)系。然而，具有較快上升時(shí)間和較高電壓的浪涌對(duì)絕緣損壞的危害（因?yàn)榫植糠烹?，?jiàn)7.3和7.6）更嚴(yán)重，GB/T21209—20XX/IECTS60034-2決于該脈沖的上升時(shí)間、接線電纜長(zhǎng)度以及電機(jī)阻抗。這些過(guò)沖電壓是由在電纜與電機(jī)接線端之間阻抗不匹配而引起的反射波而產(chǎn)生，并且依賴于變頻器的輸出功率，電機(jī)與變頻器之間的電纜長(zhǎng)度以及電機(jī)接線端的阻抗。該現(xiàn)象完全可用輸出電壓諧波在傳輸線上的行波理論作解釋。由于上升時(shí)間縮短，電壓波形中的諧波頻率會(huì)增大。圖10所示為在變頻器輸出端和電機(jī)端測(cè)得的典型的電壓浪涌。圖11建議變頻器和電機(jī)系統(tǒng)集成商在系統(tǒng)安裝完成后，測(cè)量電機(jī)端的相對(duì)地和相間電壓，以確定是否達(dá)到預(yù)期要求，因?yàn)槿鐖D9所示實(shí)際的電壓量級(jí)和上升時(shí)間是非常復(fù)雜的。如果實(shí)際浪涌電壓比預(yù)期更嚴(yán)重，系統(tǒng)集成商應(yīng)采取接下來(lái)7.5的措施，以避GB/T21209—20XX/IECTS60034-2經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)電纜長(zhǎng)度增加時(shí)，脈沖過(guò)沖通常將增至最大，然后會(huì)下降。同時(shí)，在電機(jī)端該過(guò)沖電壓上升時(shí)間會(huì)增加。當(dāng)變頻器與電機(jī)靠近安裝時(shí)，由于變頻器與電機(jī)之間的電纜較短，過(guò)沖電壓會(huì)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2一部分電應(yīng)力由施加到繞組線圈主絕緣（相間或相對(duì)地）的電壓強(qiáng)度確定；另一部分電應(yīng)力受匝間絕緣限制而由沖擊電壓的上升時(shí)間確定。較短上升時(shí)間的沖擊導(dǎo)致電壓在整個(gè)線圈中分布不均衡，如圖所示，上升時(shí)間越短，線圈的第一匝承在電機(jī)端，短上升時(shí)間的沖擊電壓也會(huì)在每相繞組的最初的一個(gè)或幾個(gè)線圈中引起較高的匝間電壓，并導(dǎo)致匝間早期的電介質(zhì)擊穿。出現(xiàn)這種現(xiàn)象通常是由于漆包層的介質(zhì)強(qiáng)度不夠或樹(shù)脂填充不夠。然而，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，大多數(shù)情況下并不會(huì)出現(xiàn)電介質(zhì)擊穿，因?yàn)橹灰獩_擊電壓絕緣等級(jí)(IVIC)達(dá)到部放電Ⅰ型）或IECTS60034-18-42（耐局部放電ⅡGB/T21209—20XX/IECTS60034-2由電機(jī)制造商負(fù)責(zé)在銘牌上或以文檔的形式確定電機(jī)繞組的絕緣性能。指定IVIC值將影響如IEC對(duì)PDS大部分應(yīng)用場(chǎng)合，推薦電機(jī)應(yīng)符合表4，沖擊電壓絕緣等級(jí)C/B級(jí)。電機(jī)制造商應(yīng)保證電機(jī)符為了使電機(jī)絕緣性能符合系統(tǒng)所要求的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，IEC60034-18-41:2014附錄C給出了具體應(yīng)用場(chǎng)合下的較高值和較低值，以及P-P、P-G、T-T等級(jí)的為確保電機(jī)絕緣系統(tǒng)的使用壽命不至于明顯降低，變頻器運(yùn)行產(chǎn)生的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)低于Ⅰ型電氣絕緣系統(tǒng)（見(jiàn)IEC60034-18-41）規(guī)定的沖擊電壓絕緣等級(jí)（IVIC）以及Ⅱ型電氣絕緣系統(tǒng)（見(jiàn)IECTS應(yīng)認(rèn)識(shí)到，取決于PDS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可能會(huì)出現(xiàn)明顯的高電壓?？紤]到受變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式影響可能存在的電壓反射、電纜類型和長(zhǎng)度、接地等因素后，可按IEC當(dāng)電機(jī)端的實(shí)際（或預(yù)期）電壓應(yīng)力水平高于表4定義的沖擊電壓絕緣等級(jí)時(shí)，將只有PDS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者電機(jī)絕緣系統(tǒng)一方被采納。表4規(guī)定的最大電壓應(yīng)力水平可以涵蓋足夠多的典型應(yīng)用，但實(shí)際水平有可能超過(guò)該規(guī)定值以及電機(jī)絕緣系統(tǒng)的能力。系統(tǒng)集成商有責(zé)任對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，或者向電機(jī)制造商或變頻器制造商說(shuō)明其特殊要求。7.5給出了降低電壓絕緣CB為1000V以上電壓源型變頻器供電專門(mén)設(shè)計(jì)的電機(jī)的絕緣系統(tǒng)應(yīng)符合IECTS60034-18-42（局部放電Ⅱ型）的要求，可在說(shuō)明書(shū)和電機(jī)銘牌上標(biāo)明。明確電機(jī)繞組絕緣性能是電機(jī)制造商的責(zé)任。指定某個(gè)沖擊電壓絕緣等級(jí)會(huì)影響到IEC60034-1中規(guī)定的耐壓測(cè)試。由于變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化多樣，并且這類大型電機(jī)絕大多數(shù)都需定制設(shè)計(jì)，實(shí)踐中很難預(yù)先指定一個(gè)IVIC值。系統(tǒng)集成商或者最終用戶需要同變頻器和電機(jī)制造廠商共同確定兼容性。如果傳動(dòng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)給定，那么IECTS有幾種給定情況下降低浪涌強(qiáng)度的可行方法，可通過(guò)查看整個(gè)PDS來(lái)判定。大部分影響因素可按7.6絕緣應(yīng)力承受能力GB/T21209—20XX/IECTS60034-2局部放電通過(guò)化學(xué)和機(jī)械腐蝕使絕緣系統(tǒng)等級(jí)降低。絕緣降級(jí)的速率取決于局部放電發(fā)生的能量和頻——繞組型式：散嵌繞組或成型繞組；——導(dǎo)線尺寸：大直徑導(dǎo)線具有較高的PDIV；％）；——環(huán)境空氣成分和氣壓：（多種因素將引起軸承電流，使得電機(jī)的軸承和所帶負(fù)載都會(huì)受到影響。在軸承滾道上材料交替變更而出現(xiàn)波紋形狀，這就導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)提前或者意GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電機(jī)中的磁路不對(duì)稱會(huì)產(chǎn)生低頻軸承電流。這種現(xiàn)象在400kW以上的電機(jī)中較為普遍，但也會(huì)出現(xiàn)在磁路不對(duì)稱的小電機(jī)中，比如具有分段結(jié)構(gòu)的電機(jī)。非對(duì)稱的磁路使得在軛部產(chǎn)生一個(gè)環(huán)向交流磁通（環(huán)形磁通），該磁通將在包括電機(jī)的軸、軸承、端蓋和機(jī)座所組成的導(dǎo)電回路感應(yīng)出交流電壓。如果該感應(yīng)電壓足以擊穿由潤(rùn)滑劑所形成的絕緣，那么電流就會(huì)流過(guò)該回路，其中包括兩端的軸承。變頻器將電源的輸入電壓，即一個(gè)幅值和頻率首次近似為常值的電壓，轉(zhuǎn)換為一個(gè)幅值和頻率均為變化的電壓。為此，由一個(gè)整流單元向一個(gè)中間直流回路饋電，該直流回路中的電容負(fù)責(zé)平滑電壓和存儲(chǔ)電能。下一級(jí)的逆變單元利用PWM方法將直流回路的電壓轉(zhuǎn)換為變化的交流電壓。這樣便可控制對(duì)于與逆變器相關(guān)的軸承電流的特征，接地系統(tǒng)的高頻特性是特別重要的。由于采用的半導(dǎo)體快速開(kāi)關(guān)運(yùn)行在較高的開(kāi)關(guān)頻率下，從EMC的角度來(lái)看，逆變器在電力傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)視作一個(gè)干擾信源，干擾信宿是下一級(jí)的機(jī)電系統(tǒng)部件，比如電機(jī)、齒輪箱和負(fù)載機(jī)，這些部件中將流過(guò)非對(duì)稱的傳導(dǎo)干擾電流，從而在傳動(dòng)系統(tǒng)各部件上產(chǎn)生附加高頻電壓降。由于各自的寄生參數(shù)，系統(tǒng)中每個(gè)部件都有相應(yīng)的對(duì)地阻抗，在該阻抗上形成附加電壓降，在圖1GB/T21209—20XX/IECTS60034-2根據(jù)電壓源型變頻器輸出電壓的典型波形，軸承電流的形成機(jī)制大致分三類：EDM電流，環(huán)流和轉(zhuǎn)子接地電流。這些內(nèi)在的機(jī)制可劃分為兩個(gè)大組：與電流相關(guān)和電壓相關(guān)的軸承電流。在前一組中，軸承電流是由共模電流的高頻分量產(chǎn)生的(環(huán)流和轉(zhuǎn)子接地電流)，而另一組則是由固有的共模電壓產(chǎn)生的(EDM電流)。以上關(guān)于軸承電流的分電壓源型變頻器（VSI）在運(yùn)行中的一個(gè)顯著的副作用是，其必然會(huì)出現(xiàn)共模電壓。與經(jīng)典的三相交流系統(tǒng)不同，由于VSI中僅存在離散的電壓值和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所產(chǎn)生的相電壓(URG,USG,UTG)之和一工作方式，是將正的或負(fù)的中間直流回路電壓連接到電機(jī)的三個(gè)接線端。由此產(chǎn)生的共模電壓相當(dāng)于上述寄生網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓。這就意味著，共模電壓（作為一個(gè)源頭）也是形成寄生軸承電流的影響因素之一。共模電壓等于三個(gè)相電壓之和的三分之一。帶二極管三相整流單元的兩電平逆變器共模電壓的典型波形UCM以及總的共模電流如圖17中右邊所示?？梢?jiàn)電壓的快速變化du/dt對(duì)應(yīng)于大小為±共模電壓在電機(jī)接線端的表現(xiàn)和程度取決于變頻器饋電的特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及接地方式等。總的軸GB/T21209—20XX/IECTS60034-28.2.2電機(jī)的高頻等值電路和總的軸承電流實(shí)際上，共模電壓是寄生網(wǎng)絡(luò)的輸入變量，該寄生網(wǎng)絡(luò)由下一級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)所構(gòu)成。為了得到電機(jī)的高頻等值電路，傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)該網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成中諸如分界面、空氣間隙以及絕緣都應(yīng)予以明確。電機(jī)的高頻等效電路如圖18所示。所施加的共模電壓UCM產(chǎn)生電流iCM，主要流經(jīng)寄生電容組件CWS。該電容形成于電機(jī)的繞組系統(tǒng)與定子之間。其他電容體現(xiàn)在繞組和轉(zhuǎn)子之間(CWR)、轉(zhuǎn)子和定子之間(CRS)以及滾動(dòng)軸承內(nèi)部(CB)。雖然前三個(gè)部分僅由幾何尺寸決定，但后者很大程度上取決于運(yùn)行條件。速度、根據(jù)軸承的狀況，流入軸承的電流會(huì)迅速變化。例如，軸承中的電容僅在滾動(dòng)軸承注有潤(rùn)滑脂并且是不導(dǎo)電的情況下才存在。如果軸承電壓超過(guò)擊穿的閾值或其潤(rùn)滑油膜耗盡且滾子與兩個(gè)軸承座圈接觸，那么該電容被視作短路。在很低的轉(zhuǎn)速下，由于缺乏絕緣潤(rùn)滑膜，軸承也有可能發(fā)生金屬接觸。滾動(dòng)軸承中的變化是關(guān)注的焦點(diǎn)?；瑒?dòng)軸承很少出現(xiàn)任何電流路徑上的不規(guī)則性，首先由于滑動(dòng)部件之間更明顯的分離（潤(rùn)滑膜厚度是滾子軸承的40到50倍），其次，由于不存在滾動(dòng)機(jī)制，因此，滑動(dòng)軸承通常幾乎不存在由于其中的電應(yīng)力而導(dǎo)致GB/T21209—20XX/IECTS60034-2三種類型的軸承電流（圖15）區(qū)分如下：電機(jī)內(nèi)部的高頻環(huán)路電流以及從轉(zhuǎn)子到地的高頻電流（與電流相關(guān)）和軸承潤(rùn)滑膜中帶有閃絡(luò)的EDM電流（與電壓相關(guān)）。共模電壓每快速的變化一次就會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)共模電流峰值（圖17）。只有在這一瞬間，才可能出現(xiàn)與電流相關(guān)的軸承電流。這種軸承電流的特征波形可用兩個(gè)量來(lái)描述：電流的峰值和發(fā)生阻尼振蕩時(shí)位于200kHz到300k基波頻率。此外，每單位時(shí)間發(fā)生的與共模電壓的斜率直接相關(guān)的峰值數(shù)定義了該與電流相關(guān)的軸承另一方面，同軸承潤(rùn)滑間隙之間的電壓降密切相關(guān)的與軸承電流相關(guān)的電壓，是電機(jī)高頻等值電路中所描述的共模電壓的一部分（圖18）。此類軸承電流也可以由峰值和發(fā)生阻尼振蕩時(shí)位于1MHz至5MHz范圍內(nèi)的基波頻率來(lái)描述。在這種情況下，每單位時(shí)間的峰值數(shù)與軸承內(nèi)部潤(rùn)滑膜的絕緣能力直圖19是不同類型高次諧波軸承電流所涉及的驅(qū)動(dòng)單元的物理部件的一個(gè)圖示，通過(guò)對(duì)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的示意，從原理上展現(xiàn)了這些軸承電流。以下GB/T21209—20XX/IECTS60034-2圖20左側(cè)等值電路圖描繪的環(huán)路電流具有一個(gè)至關(guān)重要的影響——以繞組和定子疊片之間的寄生電容CWS的形式來(lái)呈現(xiàn)。通過(guò)槽絕緣流出的高頻共模電流，產(chǎn)生環(huán)繞電機(jī)軸的圓形磁通。該磁通在電軸。不同的是，傳統(tǒng)的軸承環(huán)路電流是由于磁路不平衡而導(dǎo)致的具有電機(jī)基頻的環(huán)路電流，而由變頻器運(yùn)行特性引起的環(huán)路電流則明顯具有更高的頻率。詳細(xì)原理如圖20左邊所示。該圖右側(cè)是在電機(jī)兩端軸承處測(cè)量到的電流的時(shí)域圖。從這兩條電流曲線可看出在相同幅度下具有一個(gè)180°相移，這表明兩者構(gòu)成一個(gè)環(huán)路電流。該環(huán)路電流通常會(huì)導(dǎo)致軸承損壞的典型峰值為3A至20A，取決于電機(jī)的具體GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電流從定子繞組流經(jīng)電容CWS（如圖18所示）到定子鐵心疊片通過(guò)閉合接地系統(tǒng)返回到源點(diǎn)—變頻器的中間直流回路。如果電機(jī)的接地被設(shè)計(jì)成具有一條通向電機(jī)軸的低阻抗路徑，那么流過(guò)連接電機(jī)軸與負(fù)載的聯(lián)軸器的電流會(huì)有相當(dāng)大的幅值。倘若這樣，則有可能會(huì)對(duì)連接到電機(jī)上的無(wú)源器件造成潛在的破壞。因此，從轉(zhuǎn)子流入地的電流幅值很大程度上取決于閉合接地系統(tǒng)的質(zhì)量。如圖21中所指明的電流可能的路徑是對(duì)圖18高頻等值電路形象化擴(kuò)展。從該圖里可以找到電機(jī)與負(fù)載的電容以及GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電機(jī)機(jī)座對(duì)地的電位差是變頻器共模電壓的一部分。共模電流將尋找最小阻抗的路徑。如果該預(yù)期路徑中存在一個(gè)大阻抗，例如電機(jī)機(jī)座的接地，那么該機(jī)座對(duì)地電壓會(huì)使部分共模電流轉(zhuǎn)移到非預(yù)期路徑中，例如流經(jīng)基礎(chǔ)。在實(shí)際安裝中，存在許多并行路徑，其中大多數(shù)對(duì)共模電流或軸承電流值然而，若該阻抗值足夠高，則可能會(huì)在電機(jī)機(jī)座和變頻器機(jī)殼之間出現(xiàn)超過(guò)100V的電壓降。如果在該情況下電機(jī)軸通過(guò)金屬聯(lián)軸器連接到齒輪箱或其他被驅(qū)負(fù)載，而這些機(jī)械已牢固接地并與變頻器外殼的電位近乎相同，那么變頻器共模電流有可能會(huì)有一部分流經(jīng)電機(jī)軸承、軸和被驅(qū)負(fù)載再回到變?nèi)绻?fù)載機(jī)軸與地面沒(méi)有直接接觸，電流可能會(huì)流過(guò)齒輪箱或負(fù)載電機(jī)的軸承。這些軸承的損壞8.2.5電火花加工放電電流（ElectrostaticDischargeMac此類軸承電流是根據(jù)出現(xiàn)火花腐蝕的制造工藝來(lái)命名的，即所謂的電火花加工。其產(chǎn)生的原因是共模電壓對(duì)電機(jī)滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑間隙上的寄生電容的的作用。繞組與轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與定子之間的電容構(gòu)成一個(gè)分壓器，它在電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生一個(gè)電位差，從而產(chǎn)生一個(gè)軸承電流iB。電壓比稱）：GB/T21209—20XX/IECTS60034-2當(dāng)軸承兩端的電壓超過(guò)潤(rùn)滑膜的擊穿電壓時(shí)，由此產(chǎn)生的電弧放電將熔化或蒸發(fā)軸承滾道外的材料。共模電壓波形、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承處的軸承電壓以及由此產(chǎn)生的軸承電流的舉例見(jiàn)圖22。軸承電流可以僅部分跟隨共模電壓的階躍特性，并且相應(yīng)的軸承電流在發(fā)生電壓擊穿時(shí)是可測(cè)量的。EDM軸承電流的幅值取決于變頻器共模電壓的幅值、電機(jī)的寄生電容，尤其是取決于主驅(qū)電機(jī)滾動(dòng)軸承的依賴于負(fù)載和工作點(diǎn)的潤(rùn)滑條件。相比環(huán)路電流以及轉(zhuǎn)子對(duì)地電流，由這些EDM電流引起的放電電弧的能量可能明顯更小，但它也能逐漸導(dǎo)致軸承中的波紋8.3軸承電流過(guò)大的危害下文描述了由電流而導(dǎo)致的滾子軸承的損壞特征。在潤(rùn)滑間隙中形成的電弧閃絡(luò)和隨后流動(dòng)的電如a)中提到的熔化主要導(dǎo)致類似火山口狀的形成，且其材料特性相比原始狀況有所惡化。硬化的材料海綿狀結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致在電流流經(jīng)的滾道表面出現(xiàn)典型的“無(wú)光澤”外觀。在圖23b中，以掃描電子顯微鏡(SEM)曝光的形式從宏觀和微觀上描繪了這些狀況。一般來(lái)說(shuō)，磨砂滾道對(duì)軸承的壽命沒(méi)有影響。然GB/T21209—20XX/IECTS60034-2而，波紋（“搓板”）的形成使得問(wèn)題要嚴(yán)重得多，其特點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)與滾道交叉的大量不同光澤的灰線（圖23c）。這些線由滾道表面上的一個(gè)近乎周期性的山谷結(jié)構(gòu)所形成。該“搓板”動(dòng)態(tài)地激發(fā)滾動(dòng)元件使之振動(dòng)，從而極大的增加了軸承部件的磨損。這將造成軸承疲勞斷裂如b)所示，潤(rùn)滑劑會(huì)改變其粘稠度并失去潤(rùn)滑性。含有相應(yīng)添加劑的基礎(chǔ)油被黏合在所謂的皂基中。由于高溫，這些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：皂基和基礎(chǔ)油燃燒或結(jié)焦，且添加劑往往迅速分解。最終潤(rùn)滑劑會(huì)褪變成黑色并變硬（圖23a）。潤(rùn)滑劑的這種分解是一種由于電流流通而表5顯示了不同形狀的滾動(dòng)軸承出現(xiàn)的不同等級(jí)的損傷形態(tài)。這里依據(jù)的是已在不同中心高的電機(jī)中運(yùn)行了大約50000小時(shí)的不同的滾動(dòng)軸承的外滾道、滾珠和潤(rùn)滑劑的宏觀影像。如圖所示，從最初的輕微波紋形成（1級(jí)）開(kāi)始，到疲勞失效（5級(jí)）的過(guò)渡分五個(gè)階段。值得注意的是，0級(jí)對(duì)應(yīng)于對(duì)軸這歸因于由熔坑的累積所引起的一種光的散射變化。在2級(jí)損傷的情形，可以觀察到首次出現(xiàn)交叉的波紋（陰影）。在該階段，潤(rùn)滑脂已褪變而呈現(xiàn)出典型的黑色，隨著損傷程度的增加愈發(fā)明顯。從3級(jí)（中等波紋）到4級(jí)，增加的交叉的波紋狀（溝槽）開(kāi)始顯現(xiàn)。同樣，潤(rùn)滑脂褪變成黑色清楚地表明軸承電氣負(fù)載的影響。最后，5級(jí)（重波紋）除出現(xiàn)波紋外，還會(huì)在軸承的滾道和滾珠中出現(xiàn)疲勞失效。度等級(jí)/軸承型號(hào)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2砂01GB/T21209—20XX/IECTS60034-223GB/T21209—20XX/IECTS60034-24GB/T21209—20XX/IECTS60034-25以上這些措施是為了減少跨越軸承潤(rùn)滑膜的電壓值使其不至于引起高頻軸承電流脈沖，或?qū)⒚}沖值削弱而使其不至于影響軸承壽命。對(duì)于不同類型的高頻軸承電流，須采用不同的解決高頻電流的基礎(chǔ)是采用適宜的接地系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接地設(shè)計(jì)主要是為了在系統(tǒng)頻率發(fā)生故障時(shí)，為保護(hù)人員和設(shè)備而提供足夠低的阻抗連接。如果按照第9章的要求進(jìn)行安裝，則在高共模電流——使用絕緣軸承；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2注：在實(shí)際應(yīng)用中，使用一些具有不同厚度類型的軸承絕緣并置于不同的位置（例如，在轉(zhuǎn)軸和內(nèi)軸承座圈之間、外軸承座圈和尾軸承架之間、尾軸承架和機(jī)座之間）。常用外表面具有陶瓷涂層的抗摩擦軸承（所謂的涂層——除了改善阻抗條件外，使用額外的共模電感（扼流圈）可以減少共模電流的激勵(lì)。在逆變器的輸出端采用納米晶粒鐵芯也是一種預(yù)防措施。為此，宜在所有三相（不接地）中安裝注：鐵芯的最佳數(shù)量取決于所選的電纜類型、電纜長(zhǎng)度和電機(jī)功率。鐵芯的作用僅限于高頻，即共模電流中的低頻分量會(huì)導(dǎo)致鐵芯磁飽和。例如，這些低頻分量是由電機(jī)電纜的不對(duì)稱或單導(dǎo)體的布置而產(chǎn)生的。磁飽和可——在轉(zhuǎn)軸和電機(jī)機(jī)座之間用電刷接觸；——盡可能使用低電壓電機(jī)和變頻器；——避免使用雙重轉(zhuǎn)換（并聯(lián)開(kāi)關(guān)）。緣NDE端已絕緣，可不需2．NDE端軸承帶3．兩端軸承均絕緣其中一個(gè)絕緣軸承能夠適用此電流類型不能阻止軸承潤(rùn)滑需要接額外的電刷接觸來(lái)4．兩端軸承帶陶其中一個(gè)絕緣軸承能夠適用此電流類型需要接額外的電刷來(lái)阻止5．兩端軸承均絕刷不保護(hù)負(fù)載上的軸承6．兩端軸承均絕緣+NDE軸端接地?zé)o法保護(hù)負(fù)載上的為阻止軸承環(huán)流在電機(jī)和負(fù)載構(gòu)成的回路上流通，使用絕緣聯(lián)軸器是必須GB/T21209—20XX/IECTS60034-27．兩端軸承均絕非常有效（特別是大電機(jī)）有助于阻止對(duì)負(fù)載可8．兩端軸承均絕不能阻止軸承潤(rùn)滑軸端接地是必須的（見(jiàn)對(duì)僅保護(hù)一端軸承。在非絕緣軸承內(nèi)增無(wú)法保護(hù)負(fù)載上的需保證接地接觸阻需保證接地接觸阻無(wú)法保護(hù)負(fù)載上的需保證接地接觸阻/軸承密封采用碳效果受限是因?yàn)橛筛叻逯倒材ｋ娏?低頻部件引起的飽器同時(shí)也減小了LF極大減小共模電壓如果變器也能阻止對(duì)負(fù)載可能造成GB/T21209—20XX/IECTS60034-2也能阻止對(duì)負(fù)載可能造成也能阻止對(duì)負(fù)載可能造成——大尺寸或高輸出功率的電機(jī)往往會(huì)增加感應(yīng)軸電壓；——極對(duì)數(shù)的增加往往會(huì)降低感應(yīng)軸電壓；——定子槽數(shù)的增加往往會(huì)增加軸電壓；——電機(jī)電纜短會(huì)增加感應(yīng)軸電壓；——由于更薄的潤(rùn)滑油膜，低轉(zhuǎn)速、高軸承溫度及高軸承負(fù)載情況下會(huì)增加產(chǎn)生軸承電流的?！獫L子軸承比滑動(dòng)軸承更易損壞，但由于具有較高的游隙和容量，滾子軸承比球軸承具有更高——帶前置有源功率因數(shù)修正的變頻器可能會(huì)增加軸承電壓，取決于接地配置；——需特別注意，轉(zhuǎn)子回路上由電壓源型變頻器供電的滑環(huán)式電機(jī)，軸承電壓比（B8.5高壓電壓源型變頻器供電電機(jī)的額外考慮因素之前所有關(guān)于電壓源型變頻器供電的低壓電機(jī)的軸承電流說(shuō)明，通常都適用于高壓電機(jī)和變頻器，），——較厚的槽絕緣降低了繞組鐵心電容，也降低了電機(jī)共模電流和環(huán)形軸承電流的危害；——另一方面，高壓變頻器共模電壓的電壓階躍要大得多，盡管階躍數(shù)較高，但增加了環(huán)流的?！绷骺偩€上的高壓導(dǎo)致共模電壓幅值很高，因此，應(yīng)考慮電容性放電軸承電流的危害（高壓8.5.2籠型感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷同步電機(jī)和永磁電機(jī)的軸應(yīng)重視變頻器中間回路高壓和電機(jī)尺寸以保護(hù)軸承。應(yīng)在兩端或一端（非傳動(dòng)端）使用絕緣軸承8.5.3滑環(huán)式電機(jī)和有刷勵(lì)磁同步電機(jī)的軸因?yàn)殡姍C(jī)本身具有滑環(huán)和電刷，軸兩端的電刷會(huì)產(chǎn)生額外有效的接地來(lái)保護(hù)軸承。或者，可選擇GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如果電壓源型變頻器連接到轉(zhuǎn)子回路，會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的高共模電壓和軸承電壓比。因此，此種情況8.6高壓電流源型變頻器供電電機(jī)的軸承電流保護(hù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)表明，電流源型變頻器供電電源對(duì)軸電壓的影響很小，因此不需要使用特殊方法9.1.1概述9.1所給出的建議僅是對(duì)用于保護(hù)接地連接的導(dǎo)體和電機(jī)電纜的適用性、可靠性及EMC安裝等問(wèn)題給予一般指導(dǎo)。對(duì)于特殊安裝，應(yīng)遵循與接地有關(guān)的地方法規(guī)和適合于系統(tǒng)集成器，并且應(yīng)遵守變頻器供應(yīng)商涉及EMC的指示。詳見(jiàn)IEC61800-3和I61000-5-1和IECTR6109.1.2接地9.1.2.1接地目的接地的目的是為了安全、可靠和無(wú)干擾地運(yùn)行。傳統(tǒng)接地是基于電氣安全，有利于保障人身安全和限制因電氣故障而造成的設(shè)備損壞。PDS的無(wú)干擾運(yùn)行須采取更有力的措施以保證在高頻時(shí)的有效接另外，正確的接地可強(qiáng)有力地削弱電機(jī)轉(zhuǎn)軸和機(jī)座的電壓，減小高頻軸承電流并防止軸承過(guò)早失9.1.2.2接地電纜為了安全起見(jiàn)，接地電纜應(yīng)遵照地方法規(guī)并根據(jù)不同情況確定尺寸。選擇適宜的電纜特性和布線搭接接地在某種程度上不僅是為了滿足安全要求，還可以提高裝置的EMC性能?？捎媒饘贄l、網(wǎng)帶或圓電纜等導(dǎo)體接地，對(duì)高頻系統(tǒng)以金屬條或編織帶為好，經(jīng)驗(yàn)表明帶的長(zhǎng)／寬其應(yīng)具有低電感，因此應(yīng)采用金屬條或編織帶，并且應(yīng)沿著最短的路徑。在有些情況下，可能要求有當(dāng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)負(fù)載使用共同的潤(rùn)滑系統(tǒng)時(shí)，須小心防止聯(lián)軸器跨越絕緣軸承室，例如對(duì)緊固件使用絕緣套管和墊圈，使用基礎(chǔ)螺栓以及用陶瓷或高密度耐油PVC材料制造的絕緣管道。GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.1.4高開(kāi)關(guān)頻率變頻器供電電機(jī)的電力電纜9.1.4.1推薦配置大于30kW電機(jī)接線宜用單芯動(dòng)力線和多根接地線對(duì)稱配置的電纜以減小高頻軸承電流和EMC效應(yīng)。較小功率且易于布線的場(chǎng)合優(yōu)先采用多芯屏蔽電纜。30kW及以下電機(jī)和如以屏蔽層作為防護(hù)導(dǎo)線，屏蔽層電導(dǎo)至少應(yīng)達(dá)到相導(dǎo)體電導(dǎo)的50％，高頻情況下至少要達(dá)到10％。對(duì)于用銅或鋁屏蔽/鎧裝層來(lái)說(shuō)，這些要求很容易達(dá)到。如以鋼材料作為屏蔽層，因其電導(dǎo)率較低，就需要更大的橫截面且屏蔽螺旋應(yīng)具有較小的梯度。屏蔽層電鍍將增大其高頻電導(dǎo)。如屏蔽層阻抗過(guò)大，高頻返回電流引起的電壓降將明顯提高機(jī)座相對(duì)于接地轉(zhuǎn)子的電位，而引起非預(yù)期的軸承電電纜屏蔽應(yīng)兩端接地。沿圓周360o搭接接地能有效屏蔽整個(gè)高頻段，對(duì)EMC性能有利（見(jiàn)——帶一同心的銅或鋁防護(hù)層的三芯電纜（見(jiàn)圖3——帶三根對(duì)稱接地導(dǎo)體和一同心屏蔽／鎧裝三芯電纜——注：對(duì)于小功率系統(tǒng)，宜使用單個(gè)導(dǎo)體作為保護(hù)接地；——用鋼和鍍鋅鐵絞線（小節(jié)距）作屏蔽/鎧裝的三芯GB/T21209—20XX/IECTS60034-2一般情況下，100m及以下長(zhǎng)度的屏蔽電纜可不采取附加措施而直接使用。對(duì)于較長(zhǎng)的電纜，可能要采取一些特殊的措施，如輸出接濾波器。當(dāng)使用濾波器時(shí)，從變頻器輸出至濾波器之間的電纜應(yīng)符合以上要求。如果使用的濾波器EMC性能較好，則從濾波器至電機(jī)之間的電纜不需屏蔽或?qū)ΨQ，但無(wú)屏蔽的單芯電纜也可用于大容量電機(jī)，但須緊密安裝在金屬電纜橋上，電纜橋至少在電纜敷設(shè)路徑的兩端與接地系統(tǒng)搭接。需注意源自這些電纜的磁場(chǎng)可能會(huì)在附近的金屬件中引發(fā)電流，從而產(chǎn)9.1.4.2并聯(lián)對(duì)稱布線GB/T21209—20XX/IECTS60034-2要確保電纜屏蔽層與變頻器和電機(jī)外殼高頻（HF）電連接，就要求電機(jī)接線盒采用如鋁、鐵等導(dǎo)電金屬制造。屏蔽層應(yīng)沿電纜周圍360o連接，這樣從直流到70MHz頻率范圍內(nèi)均有較低的阻抗，能有GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.1.4.4輔助設(shè)備的布線和接地為防止在系統(tǒng)內(nèi)形成電流通路而引發(fā)錯(cuò)誤讀數(shù)或損壞，一些輔助設(shè)備（如轉(zhuǎn)速計(jì)等）在電氣上應(yīng)與電機(jī)絕緣。對(duì)于聯(lián)接器型的編碼器，可采用絕緣的聯(lián)軸器。對(duì)于空心軸型轉(zhuǎn)速計(jì)可通過(guò)球關(guān)節(jié)或安脈沖編碼器最好采用雙屏蔽電纜接線。為了減小高頻干擾，屏蔽層應(yīng)通過(guò)電容在編碼器端接地。9.1.4.5集成傳感器的布線由于其接線通常在電機(jī)內(nèi)與動(dòng)力線非常接近，因此其絕緣需有足夠強(qiáng)度以耐高壓。在這種情況下，不9.2.1概述GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.2.2輸出電抗器這類特殊設(shè)計(jì)的電抗器用以調(diào)節(jié)PWM輸出波形，也可用來(lái)降低du/dt和峰值電壓。然而需要謹(jǐn)慎的是，從理論上說(shuō)，如果電抗器選擇不當(dāng)就會(huì)延長(zhǎng)上升持續(xù)時(shí)間，特別是輸出電抗器裝在變頻器箱體內(nèi)。輸出電抗器也可用于接線長(zhǎng)達(dá)幾百米的大型傳動(dòng)設(shè)備以補(bǔ)償電纜充電限壓濾波器是由電容、電感和二極管或電阻組成，用以限制du/dt值，壓上升時(shí)間。在圖30b）的示例中，峰值電壓降低至684V，du/dt為40V/μs。由此會(huì)增加的0.5%~9.2.4正弦濾波器正弦濾波器是使高頻電流分流的低通濾波器，使輸出到電機(jī)的電壓波形接近正為1.5倍開(kāi)關(guān)頻率周期的相間輸出電壓（微分）。通常有以下兩種類型這些濾波器價(jià)格昂貴且還有其它局限性。它們阻止電機(jī)電壓超出90％的電源電壓（從而可降低變電機(jī)線端裝置可與電機(jī)端子連接，使電機(jī)阻抗和電纜阻抗相匹配，從而可防止電壓反射。在圖GB/T21209—20XX/IECTS60034-2不推薦在電子控制器接感應(yīng)電機(jī)時(shí)其負(fù)載側(cè)用電力電容器改善功率因數(shù)。這可能會(huì)損壞控制器并9.4一體化電機(jī)（集成電機(jī)和傳動(dòng)模塊）當(dāng)變頻器安裝于電機(jī)外殼內(nèi)部，如電機(jī)接線盒內(nèi)，或以獨(dú)立形態(tài)構(gòu)成整個(gè)電機(jī)外殼結(jié)構(gòu)的一部分，變頻器和電機(jī)使用共同的冷卻系統(tǒng)，則整個(gè)裝置被稱為一體GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——方便安裝和啟動(dòng)（通常不需要特殊電纜或額外搭接接地或接地——共有的一體化外殼可滿足電磁兼容性要求（法拉第籠），也降低了轉(zhuǎn)軸接地電流的危害；——變頻器和電機(jī)之間電纜和引接線不長(zhǎng)，降低了預(yù)期電壓反射和峰值電壓，但不會(huì)——緊湊的解決方案，如節(jié)省了安裝空間；——與相同容量的感應(yīng)電機(jī)相比，減小了電機(jī)尺寸；——轉(zhuǎn)子損耗較小，電機(jī)冷卻安排更簡(jiǎn)單。另一方面，永磁體磁場(chǎng)的降低取決于定子電流，這又可能需要降低輸出功率，因此弱磁范圍運(yùn)行10.2損耗及其影響永磁電機(jī)通常不具有阻尼繞組，與轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)相關(guān)的諧波電流會(huì)在永磁體或轉(zhuǎn)子實(shí)體部分（或兩者都有）產(chǎn)生渦流。因定子損耗增加而引起的磁體發(fā)熱及磁體中產(chǎn)生的渦流會(huì)導(dǎo)致10.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電模式，應(yīng)注意反電勢(shì)不能超過(guò)安裝容量。這是特定故障狀態(tài)下安裝風(fēng)險(xiǎn)分析的10.5軸承電流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中永磁體發(fā)生消磁通常是因?yàn)榇嬖诋惓４蟮南烹娏鞣逯?，如出現(xiàn)故障或電機(jī)控制損耗。永磁體發(fā)熱會(huì)增加這一風(fēng)險(xiǎn)，使其在較低電流值時(shí)發(fā)關(guān)于電壓源型變頻器供電的低壓電機(jī)的規(guī)定，通常對(duì)中壓或高壓電機(jī)和變頻器依然有效，但也存11.2系統(tǒng)特性GB/T21209—20XX/IECTS60034-2中壓變頻器可為三電平變頻器或多電平變頻器，意味著串聯(lián)連接的逆變橋每一分支上都有一個(gè)以上的半導(dǎo)體功率器件（見(jiàn)圖31）。例如，對(duì)三電平變頻器，施加的線電壓有5個(gè)不同的電平值（-Ud，-Ud/2，0，Ud/2，Ud），而不是兩電平變頻器的3個(gè)電平值（-Ud，0，Ud）。一方面，可得到更好的輸出電壓波形，減少諧波電流（每一電平減少近50%的電流增長(zhǎng)，見(jiàn)圖32另一方面，中壓變頻器脈沖頻率低于低壓變頻器，降低電壓諧波頻率的同時(shí)往往會(huì)增加諧波電流。11.3損耗及其影響施加一定范圍諧波電流或諧波電壓的任一型號(hào)變頻器都會(huì)在電機(jī)中產(chǎn)生諧波電流。諧波電流在定子繞組中產(chǎn)生的附加損耗，取決于定子繞組線匝高度及其在槽中的橫截面排列方式，因?yàn)槔@組有效交流電阻隨頻率和線匝高度強(qiáng)有力地增加。諧波電流較低時(shí)，通常不需要對(duì)電壓源型變頻器供電電機(jī)的如11.2所提到的，三電平或多電平變頻器施加一個(gè)更好（更加正弦）的電壓輸出波形以減少諧波電流。高壓變頻器通常具有較低的脈沖頻率，減少附加鐵耗的同時(shí)往往會(huì)增加諧波電流。由于電機(jī)中如5.2所討論的，受集膚效應(yīng)進(jìn)一步增加諧波的影響，轉(zhuǎn)子繞組也將在制造商試驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)額定功率兆瓦范圍內(nèi)的傳動(dòng)設(shè)備進(jìn)行完整的PDS試驗(yàn)通常是不經(jīng)濟(jì)的，這會(huì)消耗大量的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。然而，為了PD在一個(gè)合理設(shè)計(jì)的PDS中，計(jì)算值通常真實(shí)可信，這一計(jì)算結(jié)果考慮了定轉(zhuǎn)子繞組中的電流位移等如制造商與用戶約定，可按IEC600GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如11.3.2所述，在試驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)額定功率兆瓦范圍內(nèi)帶有變頻器供電電機(jī)的PDS進(jìn)行試驗(yàn)通常濟(jì)的。如有必要，整個(gè)PDS的噪聲和振動(dòng)測(cè)試應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中進(jìn)行，但可能會(huì)受到傳動(dòng)設(shè)備性能的很多情況下，額定功率在兆瓦范圍內(nèi)且最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速突破約2500r/min的電機(jī)，不可能或不利于達(dá)到第一橫向臨界轉(zhuǎn)速高于最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。其次，轉(zhuǎn)速范圍不可能脫離橫向臨界轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫\(yùn)行在（或接近于）橫向臨界轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生不允許的轉(zhuǎn)軸振動(dòng)，建議跳過(guò)這些共振頻率。應(yīng)在設(shè)計(jì)階段確定越程帶，由于橫向臨界轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)精確度有限及存在軸系阻尼，越程帶寬度可能為數(shù)百轉(zhuǎn)/分。在試運(yùn)行階段掌握真實(shí)臨界轉(zhuǎn)速情況下確定的越程帶寬度可以維持得非常小，這一過(guò)程也許更可11.5電機(jī)絕緣電應(yīng)力決定第一匝線圈電應(yīng)力的一個(gè)臨界參數(shù)是繞組（圖33）的最大電外加電壓一般在400V到690V之間，所以du/dt可由脈沖上升時(shí)間確定。對(duì)高壓系統(tǒng)，外加電壓范圍除了7.1～7.3提到的因素，變頻器供電電機(jī)端出現(xiàn)的過(guò)電壓也與變頻器級(jí)數(shù)相關(guān)。系統(tǒng)集成商應(yīng)按IECTS61800-8的規(guī)定確定電壓脈沖水平。這一結(jié)果應(yīng)與電機(jī)制造商進(jìn)行GB/T21209—20XX/IECTS60034-2變頻器供電電機(jī)定子成型繞組使用額定輸出在2.3kV及以上的正弦波電壓供電，經(jīng)受具有顯著幅值和高頻的短時(shí)上升時(shí)間浪涌時(shí)，會(huì)在圖34所示的1、2、3位置處產(chǎn)生額11.5.3.2～11.5.3.5討論了這些額外的定子繞組電壓應(yīng)力對(duì)定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。電機(jī)設(shè)計(jì)者應(yīng)注意電機(jī)端變頻器輸出電壓波形的特性，以確保設(shè)計(jì)定子繞組時(shí)考慮到如果匝間絕緣相鄰處（或之間）存在氣隙，若使用不適當(dāng)?shù)脑验g絕緣，會(huì)出現(xiàn)由局部放電引起的組線圈端部產(chǎn)生非均勻的電壓分布，顯著提高匝間電壓應(yīng)力。大多數(shù)電機(jī)制造商會(huì)注意這一點(diǎn)，并在額定輸出2.3kV及以上電機(jī)定子繞組中，使用合適的股絕緣或線匝絕緣和優(yōu)良工藝或多膠模壓工藝。這些方法在減小由持續(xù)高頻浪涌和繞組導(dǎo)體周圍氣隙導(dǎo)致的局部放電匝間破壞導(dǎo)體和地間的電壓應(yīng)力受PDS接地配置的影響。應(yīng)注意避免由高頻電容性電流引起的絕緣材此外，這一額外發(fā)熱能降低半導(dǎo)電電壓應(yīng)力控制涂層的特性，若應(yīng)力涂層特性降低，則局部放電GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如果這些線圈組分的電壓應(yīng)力大于約3kV/mm（峰值相間可能發(fā)生局部放電。由于每相出現(xiàn)較高的瞬時(shí)重復(fù)電壓，這些局部放電很可能發(fā)生在變頻器供電電機(jī)中。變頻器供電電機(jī)要求有適當(dāng)?shù)睦@組端部空間，否則應(yīng)降低不同相之間線圈表面采用成型繞組的高壓電機(jī)具有應(yīng)力梯度材料，通常具有非線性阻抗特性，與每個(gè)端部的應(yīng)力控制層重疊，以削弱應(yīng)力控制層和繞組端部連接處（見(jiàn)圖34）的高壓應(yīng)力。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，高頻電壓可顯著增加導(dǎo)電材料和梯度材料的介電發(fā)熱，使傳統(tǒng)的電壓應(yīng)力控制材料快速降解。因?yàn)檩^高頻率也會(huì)導(dǎo)致碳化硅材料對(duì)線圈表面電壓的作用降低，降解會(huì)加劇，這將導(dǎo)致熱量集中至鐵心端部附近的較短區(qū)域。制造商和研究者正在研究電容性梯度結(jié)構(gòu)以解決IECTS60034-18-42定子——變頻器額定視在功率較低，同步電機(jī)可為額定單位功率因數(shù)；——電機(jī)損耗可能較低，對(duì)系統(tǒng)效率而言應(yīng)考慮變頻器的損耗評(píng)定；12.2損耗及其影響此外，應(yīng)當(dāng)說(shuō)阻尼籠起動(dòng)同步電機(jī)所有導(dǎo)條的損耗是12.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩12.5軸承電流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——連接電機(jī)且可控自換向的逆變器。生的磁場(chǎng)，隨基波電流磁場(chǎng)同向（或逆向）旋轉(zhuǎn)，諧波幅值與1/n成比例。電機(jī)相電壓在電流所有換向定子繞組是換向回路的一部分。因此，電機(jī)應(yīng)按低漏感設(shè)計(jì)，變頻器制造商在合理設(shè)計(jì)換向電容13.2損耗及其影響盡管相電壓接近正弦波，換向過(guò)程中跟槽漏磁通快速變化相關(guān)的電流跳變?nèi)匀粫?huì)產(chǎn)生附加鐵耗），GB/T21209—20XX/IECTS60034-2由諧波產(chǎn)生的另一個(gè)主要附加損耗是鼠籠的繞組損耗，因近似于諧波電流高頻（n-1）f1而產(chǎn)生。因此電流源型變頻器供電電機(jī)滿載時(shí)的附加損耗，通常比PWM變頻器供電的同一臺(tái)電機(jī)附加損耗要高。例如，圖37圓柱圖顯示了由包含不同諧波分量的不同變頻器供電及由正弦波供電時(shí)，特定電機(jī)（機(jī)座號(hào)315M，N設(shè)計(jì)）的計(jì)算損耗對(duì)比。這個(gè)示例說(shuō)明了現(xiàn)今最廣泛使用的變頻器系統(tǒng)不同類型損耗的相對(duì)重要性。這一對(duì)比不能遷移到其它變頻器供電的籠型感應(yīng)電機(jī)和其它類型的變頻器上（調(diào)制方案和脈沖頻率不同）。為有利于比較，變頻器運(yùn)行時(shí)的基波電壓和電流假定與額定條件下相根據(jù)圖37看出，電流源型變頻器比電壓源型變頻器諧波損耗高。在部分負(fù)載時(shí)差值減少，因?yàn)閷?duì)A-定子繞組損耗GB/T21209—20XX/IECTS60034-2電流諧波會(huì)在定子繞組上產(chǎn)生附加損耗，11.3.1給出的定子繞組線匝高度對(duì)附加損耗影響的說(shuō)明，對(duì)電流源型變頻器供電電機(jī)特別重要。為正弦波電壓供電設(shè)計(jì)且額定功率在兆瓦范圍內(nèi)的電機(jī)多股導(dǎo)線，數(shù)毫米的高度是正常的。為了降低附加損耗，建議電流源型變頻器供電電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)使用較細(xì)的多13.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩諧波基波（極對(duì)數(shù)P）和基頻交互產(chǎn)生額外的電磁噪聲。徑向力波會(huì)引起電磁噪聲發(fā)射，波形模式為r=0或r=2，頻率分別為fr=(n±1)f1(n=1，2，3…)。13次以上諧波幅值較小，通?？珊雎圆挥?jì)額外的電磁噪聲頻率小于1kHz，遠(yuǎn)小于高得多的定子共振頻率。同一臺(tái)電機(jī)由變頻器供電運(yùn)行與由正弦波供電（相同電壓U1、頻率f1和負(fù)載）運(yùn)行時(shí)相比較，產(chǎn)生的噪聲增量相對(duì)要小（1dB～5dB范 電流源型變頻器對(duì)籠型感應(yīng)電機(jī)性能最大的負(fù)面沖電路中，具有6倍和12倍于運(yùn)行頻率(f1)的振蕩轉(zhuǎn)矩具有實(shí)用價(jià)值，該轉(zhuǎn)矩的幅值分別約為額定轉(zhuǎn)矩的15%（頻率為6×f1時(shí)）和5%（頻率為12×f1時(shí)）。另外，由于直流中間回路的紋波產(chǎn)生的諧波也會(huì)產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩，這些轉(zhuǎn)矩的頻率為6（f1-fp）和12（f1-fp其中fp為主功率頻率。中間回路電流紋波基于這些脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，強(qiáng)烈建議對(duì)成套旋轉(zhuǎn)總成進(jìn)行仔細(xì)的扭轉(zhuǎn)分析。如果在轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍內(nèi)某一扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速與脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率一致，則不允許在此轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行，可能會(huì)有危險(xiǎn)。特別是使用僅有如13.1所述，電機(jī)相電壓在電流所有換向區(qū)間均包含瞬態(tài)值。這些瞬態(tài)應(yīng)力施加于繞組絕緣結(jié)構(gòu)。然而，自逆變器配備了晶閘管以后，便不再需要采用加強(qiáng)的絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)非極限值下的峰值和沖擊13.5軸承電流實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)表明，電流源型變頻器供電電源對(duì)軸電壓的影響很小，因此不需要使用特殊方法六相繞組通常由兩組完全相同的三相繞組相對(duì)偏差30/p相位角進(jìn)行連接。如13.1所述，兩組繞組這一布置有其優(yōu)點(diǎn)，兩組繞組5次、7次諧波電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)相互抵消。因此，這些諧波不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子損耗，也沒(méi)有6倍于基頻的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在。脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩的頻率可表達(dá)為12kf1（k=1；2；?)。GB/T21209—20XX/IECTS60034-2靜態(tài)勵(lì)磁或無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)也能由負(fù)載換相式電流源型變頻器（LCI）供電，對(duì)電機(jī)而言，這類電源類似于方波型電流源型變頻器。需要使用阻尼繞組來(lái)降低諧波磁場(chǎng)引起的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如使用實(shí)心連接到電機(jī)的逆變器為負(fù)載換相式，同步電機(jī)運(yùn)行在過(guò)勵(lì)磁以提供逆變器換向所必需的無(wú)功功率，這一情況下，無(wú)功功率不是由變頻器提供，而在感應(yīng)電機(jī)中有功功率和無(wú)功功率均由變頻器提供。因此，同步電機(jī)配套的變頻器可設(shè)計(jì)得更小巧和更另一獨(dú)特的特征是同步電機(jī)僅能夠在運(yùn)轉(zhuǎn)而不是靜止時(shí)產(chǎn)生無(wú)功功率。因此，沒(méi)有額外措施如直流脈沖調(diào)制是不可能起動(dòng)的，借以這一措施可在非常低的轉(zhuǎn)速包括靜止時(shí)產(chǎn)生換向操作所必需的無(wú)功圖33所示六相布置可看作兩個(gè)六脈沖電流源型變頻器分別向電機(jī)兩個(gè)三相繞組之一供電?；蛘?，在這兩個(gè)六脈沖變頻器和三相電機(jī)之間使用一個(gè)三繞組變壓器來(lái)設(shè)計(jì)真正的12脈沖布置。這一布置消GB/T21209—20XX/IECTS60034-2除了變壓器中的-5f1，+7f1，-17f1，+19f1…等頻率（降低定子繞組附加損耗）。此外，如某些運(yùn)行模式八極或八極以上電機(jī)通常為帶疊片極或極靴的凸極式電機(jī)，極靴中包含阻尼籠。對(duì)四、六極電機(jī)，疊片隱極式、疊片凸極式或?qū)嶓w凸極式轉(zhuǎn)子都很常見(jiàn)。兩極電機(jī)通常為隱極式轉(zhuǎn)子，帶有疊片或?qū)嶓w活動(dòng)部分。隱極式轉(zhuǎn)子通常含阻尼籠。實(shí)體凸極式轉(zhuǎn)子中，阻尼電流將會(huì)流經(jīng)極靴的實(shí)體表面。同實(shí)種設(shè)計(jì)的總體效率不可能給出一個(gè)綜合完整的說(shuō)明，因?yàn)橥箻O式電機(jī)比隱極式轉(zhuǎn)子電機(jī)天生具有較低14.2損耗及其影響電流諧波產(chǎn)生附加損耗，需要對(duì)阻尼繞組進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，特別是六脈沖變頻器供電的三相電機(jī)。14.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩14.5軸承電流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2Ic逆變器輸出電流變頻器輸出端使用逆變器輸出電流脈寬調(diào)制（PWM）并結(jié)合濾波電容器，可顯著降低電流源型變頻器產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流。圖40所示，電機(jī)電流和電壓15.2損耗及其影響因?yàn)橄鄬?duì)較低的電壓和電流諧波分量，附加鐵耗要小于電壓源型變頻器供電電機(jī)。不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期明顯的換向損耗。定子繞組中的附加損耗可與電壓源型變頻器供電電機(jī)相比較，因此通常不需要進(jìn)行注：盡管脈寬調(diào)制電流源型變頻器的諧波電壓比那些電壓源型變頻器要低，它們的頻率也要低，但對(duì)諧波電流相15.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩15.5軸承電流GB/T21209—20XX/IECTS60034-216轉(zhuǎn)子回路上由電壓源型變頻器供電的繞線轉(zhuǎn)子感轉(zhuǎn)子回路上由電壓源型變頻器供電的滑環(huán)式電機(jī)通常作為功率范圍100傳動(dòng)設(shè)備轉(zhuǎn)速由公式n=(f1±f2)/p確定，其中f1為基頻，f2為變頻器輸出頻率。通過(guò)這一方法，電機(jī)系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于變頻器不需要設(shè)定為感應(yīng)電機(jī)滿載額定功率值，僅作為功率因數(shù)修正情況下16.2損耗及其影響因?yàn)槎ㄗ永@組直接與電網(wǎng)相連，定子電流諧波分量很低，附加損耗可忽略不計(jì)。對(duì)轉(zhuǎn)子繞組，按第5章的規(guī)定。應(yīng)特別考慮轉(zhuǎn)子繞組中的電流位移：對(duì)額定功率在兆瓦范圍內(nèi)的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組通常由實(shí)體銅導(dǎo)條制成。因?yàn)殡p饋電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率可超10Hz，電流位移可增加轉(zhuǎn)子繞組的有效歐姆電阻，顯著增加轉(zhuǎn)子繞組損耗。應(yīng)考慮這一影響，以及轉(zhuǎn)子16.3噪聲、振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振蕩因?yàn)槎ㄗ永@組直接與電網(wǎng)相連，其絕緣電應(yīng)力并未與普通定速電機(jī)有所不同。對(duì)轉(zhuǎn)子繞組，按16.5軸承電流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2GB/T21209—20XX/IECTS60034-2交交變頻器沒(méi)有中間直流回路，它由三相電機(jī)每一相的分支變頻器共同組成。為產(chǎn)生正弦波輸出電流，這些分支變頻器被獨(dú)立控制并通過(guò)電網(wǎng)直連到電機(jī)相位一段時(shí)間。輸出頻率比圖41交交變頻器盡管電流可控制為接近正弦波，交交變頻器操作意味著電壓施加于電機(jī)上。其次，移相電壓來(lái)自兩個(gè)變頻器系統(tǒng)，一臺(tái)電機(jī)使用兩個(gè)圓周移位繞組系統(tǒng)的移相電壓供電是沒(méi)有好處的。當(dāng)使用兩個(gè)變頻器系統(tǒng)時(shí)，輸出電壓應(yīng)同相位，電機(jī)繞組系統(tǒng)應(yīng)沒(méi)有圓周移位?；蛘?，變頻器系統(tǒng)可串聯(lián)形成一個(gè)12脈沖變頻器。自從變頻器配備了晶閘管以來(lái)，通常不再需要采用加強(qiáng)的絕緣f=(1+6g1)f1+g2zpfmains(2)g1,g2=0；±1；±2；?得出振蕩轉(zhuǎn)矩頻率f=6g1f1+g2zpfmains。轉(zhuǎn)矩振蕩幅值相當(dāng)?shù)?，但隨著變頻器輸出頻率的增加而增加。盡管文獻(xiàn)中并不經(jīng)常提到g2=0的諧波分量，它們還是會(huì)在正負(fù)極半波間短時(shí)無(wú)電流時(shí)產(chǎn)生。17.2轉(zhuǎn)子回路上由電流源型變頻器供電的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)（異步）電機(jī)這種布置被稱為次同步（或超同步）變頻器級(jí)聯(lián)（SSCC）。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)定子直接與電網(wǎng)相連。滑環(huán)與電流源型變頻器相連，這樣就能把轉(zhuǎn)子電氣回路中出現(xiàn)的電能sPδ(s為滑環(huán)，Pδ為電網(wǎng)能耗假定轉(zhuǎn)速控制范圍限定在（1-smax）n0～n0之內(nèi)，與變頻器供電籠型感應(yīng)電機(jī)相比，這一布置的優(yōu)轉(zhuǎn)子電流包含n=+1，-5，+7，-11，+13…次諧波，會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生附加損耗。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通常為導(dǎo)條型，這種情況下電流位移會(huì)導(dǎo)致附加損耗明顯上升。自從變頻器配備了晶閘GB/T21209—20XX/IECTS60034-2被認(rèn)為能夠適合在變頻器上運(yùn)行而列入庫(kù)存。為確保標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)絕緣能夠適應(yīng)變頻器運(yùn)行，IEC60034-18-41中規(guī)定了IVIC的C/B類，變頻器產(chǎn)生的脈沖適合IVIC的C/B類電機(jī)或符合IEC60034-18-42標(biāo)準(zhǔn)的絕緣系統(tǒng)，變頻器產(chǎn)生的脈沖適合IVIC的5/4類電機(jī)。了解這一點(diǎn)是有好處的，但對(duì)一臺(tái)變頻器適用型電機(jī)而言這并非是至關(guān)重要的唯一的性能特征。還應(yīng)定義其他性能特征。第18條定義了使用非專為變頻器運(yùn)行而設(shè)計(jì)的而是期望成為一臺(tái)變頻器適用型電機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的因素和要求18.2變頻器運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩降低電機(jī)由變頻器供電在額定頻率運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩由于溫升增加（諧波損耗）通常要比正弦電壓供電時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩低。另外的原因也可能是由于變頻器電壓的下降。要保持額定轉(zhuǎn)矩可能會(huì)減少絕緣圖44中的實(shí)線指的是變頻器使電機(jī)主磁通保持不變時(shí)的輸出電壓和頻率的關(guān)系曲線，該主磁通與正弦電壓供電時(shí)近似相同。如果已知變頻器輸出的諧波頻譜，電機(jī)制造商就能夠確定該運(yùn)行點(diǎn)的電機(jī)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2溫升。溫升取決于該電機(jī)的設(shè)計(jì)及其冷卻方式（IC01或IC01是該特定電機(jī)的熱裕度。計(jì)及這些影響，在額定頻率時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低因數(shù)典型值為0.通常，實(shí)際上變頻器的定額運(yùn)行并不意味著在額定頻率時(shí)基波磁通與正弦電壓供電時(shí)的磁通一樣。電機(jī)在額定頻率時(shí)的同步轉(zhuǎn)速以下的速度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，若電機(jī)定子繞組電阻與電抗相比可以忽略，應(yīng)用U1/f1=常數(shù)的控制規(guī)則，則可獲得電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為一恒量。為了補(bǔ)償電機(jī)定子電阻的影響，有些變頻器將特性設(shè)計(jì)成圖44中的虛線所示特性對(duì)于圖44中電壓和頻率標(biāo)么值在1.0以上的運(yùn)行點(diǎn)，變頻器輸出電壓在頻率增加時(shí)通常保持不變（弱磁范圍）。一旦運(yùn)行在這個(gè)范圍，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩降低因數(shù)將會(huì)變化使轉(zhuǎn)矩迅速降低，轉(zhuǎn)矩特性如圖圖45給出了一臺(tái)典型電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低曲線的實(shí)例。如變頻器的諧波頻譜和電壓—頻率特性已知，電機(jī)制造商可以提出這樣的轉(zhuǎn)矩曲線。因涉及循環(huán)冷卻或獨(dú)立循環(huán)冷卻），不可能給出適用于所有情況的轉(zhuǎn)矩降低曲線。隨著脈沖頻率的增加，轉(zhuǎn)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2CS曲線顯示了自冷電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩與速度曲線的典型性態(tài)。為滿足設(shè)計(jì)工作溫度所需的降額參見(jiàn)附錄當(dāng)電機(jī)被聲明為具有轉(zhuǎn)換器功能時(shí)，制造商應(yīng)在文件中說(shuō)明在低于額定速度下運(yùn)行時(shí)預(yù)期的轉(zhuǎn)矩——恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用——當(dāng)在保持恒定輸出轉(zhuǎn)矩的同時(shí)降低運(yùn)行速度時(shí)，由于冷卻的減弱，電機(jī)運(yùn)行的速度范圍適用于恒轉(zhuǎn)矩操作。無(wú)法給出一般規(guī)則。用戶應(yīng)利用制造商提供的有關(guān)——恒功率應(yīng)用——恒功率應(yīng)用通常涵蓋高于額定的速度并在弱磁范圍內(nèi)運(yùn)行。在這樣的操作條件下，空氣流量相對(duì)于額定操作點(diǎn)增加，并且速度上限通常與機(jī)GB/T21209—20XX/IECTS60034-2具有不同冷卻裝置（例如，IC416，獨(dú)立冷卻，或IC410，自然冷卻）的電機(jī)運(yùn)行速度降低時(shí)，冷卻效率并未降低或其影響可忽略不計(jì)，因此不受上述限制。它們通常被聲明為具有恒定的連續(xù)轉(zhuǎn)矩-速），注1：由于在較低的電源頻率下鐵損會(huì)降低，因保留設(shè)計(jì)余量；然而，這種效果可能非常明顯，通常用于要求一