空調永磁同步電機軸電壓原理及對策

梁銳

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東佛山，523811）

空調永磁同步電機軸電壓原理及對策

梁銳

（廣東美的暖通設備有限公司，廣東佛山，523811）

隨著永磁同步電機在空調系統應用越來越廣泛，軸電壓的問題不但影響電機本身的噪音及安全穩定性，而且對整個空調系統都會帶來危害。本文采用建模的方法對常見空調系統里的永磁同步電機軸電壓產生的原理進行理論分析，并結合實例分析軸電壓的預防和防治。

永磁同步電機； 軸電壓；軸電流

0 前言

進入二十一世紀以來，隨著高性能永磁材料的發展、電力電子技術的發展以及規模集成電路和計算機技術的發展使得具有本身體積小、噪音低、高功率、高轉速、高力矩等優點得到越來越多的青睞。比如在傳統的空調領域，使用永磁同步電機平均節電率高達10%-25%，因此替換掉原有的交流異步電動機的趨勢越來越明顯。但是由于永磁同步電機的控制遠高于交流異步電動機，本文探討的就是基于提升永磁同步電機控制的可靠性提升的一個課題。

1 軸電壓產生的原因分析

軸電壓是指電動機軸兩端之間或者轉軸與軸承座之間所產生的電壓。產生軸電壓的主要原因是由于環繞電動機軸的磁路不平衡所引起，這個不平衡的磁通切割轉軸，就在軸的兩端感應出軸電壓軸承介于電機的主軸和軸承端蓋之間，主軸和軸承端蓋分離。電機的軸通過軸承的油膜與電機絕緣，所以對電機輸入電壓的話，軸和軸承間發生軸電壓。這種電壓是延軸向而產生的，如果與軸兩側的軸承形成閉合回路，就產生了軸電流。一般情況下這種軸電壓大約為1-2V，正因為不高，所以很容易被設計者疏忽。

2 軸電壓的危害

如果電機本身磁路設計不注意，就會導致軸電壓高，有軸電流通過，就會破壞油膜的絕緣，軸承受損，并且發生放電（火花），在軸瓦和軸承處產生點狀微孔，并在底部產生發黑現象。。這個重復的話，幾年后軸承就滿是傷痕，從而產生噪音。嚴重時會使軸和軸承受到損壞，運行中伴隨著強烈的噪聲及設備外殼帶電等。比如風機在15Hz以上按PWM頻率運行，如果和平常的工業用電（市電）的50Hz比較的話，在300倍以上的次數上發生軸電壓。如果軸承的軸電流壽命用工業用電（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 基于中央空調常用電機的變頻驅動電路

圖1 風機變頻驅動電路圖

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

3.2 原因分析

正常的軸承內輪和外輪之間有滾珠，但滾珠和外輪、內輪間有油膜，絕緣了，所以存在著容量。內輪和外輪油膜有2～30μm的厚度，但是這是在正常的運轉中的時候，運行開始、低束運轉時有可能更薄。油膜如果對于滾珠是均勻存在的話，軸電壓即使有幾十～100V也不會發生絕緣破壞。但是，滾珠和內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。實際實驗中使用了某公司的電機時就發生了損壞（DC電壓11V）。

圖2 故障電機實測圖

軸承的油膜一被絕緣破壞，就會發生放電（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。因為是反復重復，所以金屬表面變成條紋狀磨損。這個就是造成風機噪音產生的原因。

3.3 對比分析

也正是軸電壓的產生，加上電機接地的不良，導致軸電流產生，進而進一步的發生了電位腐蝕，以下測試更好的說明了這一點。

圖3 無軸電流波形

對比圖2它的波形就是在某個時間點開始有軸電流通過時的波形，軸電壓從DC11V急速變為了零。

4 防范對策

從以上分析可以知道軸電壓本身產生的來源，因此防護的對策主要從以下方向著手。

（1）從電機本體設計上盡量·減少電機的不對稱度。

（2）電機本體做好絕緣，充分保證電機的接地可靠。

（3）使用絕緣轉子，加強絕緣，切斷軸電流的回路。

5 結論

從以前的例子來看，電腐蝕引起的噪音發生一般在使用開始的幾年后。家用空調的情況，即使一棟房屋有幾臺的空調，但是開始使用時間或許會有不同，所以同時發生電腐蝕并引起噪音的情況很少。但中央空調的情況，相同建筑物里同時期安裝多量的空調，幾年后同時有噪音發生，那導致大問題發生的可能性很高。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、歐洲因為采用DC風機比較遲，所以好像還沒有很大的問題發生，但因為是AC220～240V的電源，以后確實會發生問題的。因此，軸承的電腐蝕必須在開發階段就必須要重視并預防。

[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,紀璇,董淑慧. 電機軸電壓的產生原因及防治[J].科技博覽，2010,12(47).

[3]丁梵林.電機軸電流產生的原因及其防止措施[J].大電機技術;1981,04.

[4]解毓鏞.發電機軸電流的種類、產生原因和防止措施[J].華北電力技術;1981,04.

[5]李樹華.降低軸電壓、消除軸電流,提高BPS500千瓦變頻機壽命[J].電機與控制應用,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,宣布推出幾款新產品以完善InfinityLab LC 系列，這些全新InfinityLab儀器、色譜柱、備件產品可與 Agilent OpenLAB 軟件和Agilent CrossLab 服務無縫協同工作，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的全套產品系列。該全新解決方案包括 11 個模塊、各種附件和軟件，能夠讓實驗室量身定制滿足其需要的純化系統。范圍涵蓋適用于簡單常規純化工作的超值系統，以及適用于高通量純化實驗室的全自動解決方案。安捷倫提供支持餾分觸發的各種檢測器，包括全新安捷倫 LC/MSD 或 LC/MSD XT系統的質譜檢測器。

作為可進行更標準的 HPLC 分析的全新旗艦產品，1260 Infinity II Prime 液相色譜系統能夠為常規分析提供出色的性能，并為全新 Agilent Ultivo 三重四極桿質譜系統提供理想的前端。

1260 Infinity II Prime 液相色譜為 1260 Infinity II液相色譜產品系列提供了更為便利的標準、擴展的壓力范圍（高達800 bar）、卓越的四元混合以及專門設計的色譜柱。 該自動化儀器能夠減少手動進樣，從而提高分析實驗室效率。最初只可用于1290 Infinity II 液相色譜系統的智能系統模擬技術(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 液相色譜配套產品。

基于最新技術改進的全新 1260 Infinity II SFC 系統，可為超臨界流體色譜 (SFC) 提供出色的性能。 該系統不僅能夠通過 SFC 實現高速分離，也能確保實驗室通過更換常用于正相液相色譜的有毒和易燃溶劑節省資金并減少污染。

1260 Infinity II SFC 系統提供多種配置方案，對于混合型SFC/UHPLC系統執行的SFC和LC運行結果，安捷倫能夠讓實驗室對這些結果進行比較，或者在方法開發設置中使用多達 32 根色譜柱和 12種溶劑進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部總經理 Stefan Schuette 表示：“安捷倫堅信通用方法不能滿足全球液相色譜實驗室的性能、功能和預算需求，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品系列。”

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