用于电力传动系统的交流电机 应用导则 征求意见稿

GB/T21209—20XX/IECTS60034-21用于电力传动系统的交流电机应用导则本文件描述了变频器供电的交流电机的性能特性，明确了应用于变频工作制的电机的设计要点。作为电力传动系统的一部分，本文件还规定了电机和变频器之间的接口参数及其相互影响，包括安装若变频器制造商给出了特定的安装建议，则应优先采用其建议，再下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适GB/T10068-2020轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值（IECGB/T755—2019旋转电机定额和性能(IEC60034-1:2017IEC60034-2-1旋转电机（牵引电机除外）确定损耗和效率的试验方法（Rotatingelectrical））注：GB/T25442-2018旋转电机（牵引电机除外）确定损耗和效率的试验方法(IEC60034-2-1:2020注：GB/T34861-2017确定大电机各项损耗的专用试验方法(IEC60034-2-2:2020IEC60034-2-3变频器供电交流感应电动机确定损耗和效率的特定试验方法（Specifictestmethodsfordeterminingloss注：GB/T32877-2016，变频器供电交流感应电动机确定损耗和效率的特定试验方法(IEC60034-2-3:2020,IIEC60034-6旋转电机冷却方法（Coolingmethods注：GB/T1993-1993旋转电机冷却方法(IEC60034-6:IEC60034-12单速三相笼型感应电动机起动性能（Startingperformanceofsingle-speedGB/T21209—20XX/IECTS60034-22注：GB/T21210-2016旋转电机第12部分：IEC60034-18-41旋转电机电压型变频器供电的旋转电机无局部放电(Ⅰ型）电气绝缘结构的鉴别和质量控制试验（Rotatingelectricalmachines–PartialdischargefreeelectricalconvertersQualificationandqIECTS60034-18-42旋转电机电压型变频器供电的旋转电机耐局部放电电气绝缘结构(Ⅱ型）electricalmachinesfedfromvoltageconIEC60079爆炸性环境用电气设备（ElectricalapparatusfguidelinesSection1：GeneralconsiderationsBasicEMCpublicaIECTR61000-5-2电磁兼容（EMC）第IECTS62578:2015电力电子系统与设备有源动力变频器应用的操作条件和特性（Power3.13.23.3GB/T21209—20XX/IECTS60034-233.4线电流瞬时值之和icM。3.5由一个或多个电子开关器件和相关的元器件，与变压器、滤波器、换相辅助器件、控制器、保护和辅助部件（若有）组成的，用于改变一个注：这个定义取之于GB/T12668.2-2002，这一部分中包含的成套传动模块（CDM）和基本传动模块3.6变频器供电电机converter-fedelect电机由变频器独立供电，不管是变频器供电专用设计的电机，还是适用于IEC60034-12规定范围3.7定速电机fixed-speedelectricalma3.8一个设备或系统能在其电磁环境中正常地运行而对该环境中的其它设备不产生过度电磁干扰的能3.93.103.11由电力设备（包括变频器部分、交流电机和其它设备，但不限于馈电部分）和控制设备（包括开关控制－如通／断控制，电压、频率或电流控制，触发系统、保护、状态监控、通讯、测试、诊断、3.12为了电气安全，将一个系统、装置或设备中的一点3.133.14GB/T21209—20XX/IECTS60034-243.153.163.173.18变频器适用型电机converterca为适合在电网直接供电的场合下启动而设计的电机，在不增设特殊滤波装置的前提下，也能够在3.19为适合在变频器供电的场合下工作而设计的电机，其设计温升符合指定的绝缘虽然对任何应用场合规定电机和变频器特点的方法都很相似，但最终的选择在很大程度上受到应注：变频器适用电机通常为IEC60034-12中规定的N、NE、NEY、H、HE和HEY型设计或者NEM型设计，并且需要符合欧洲，北美和其他国家的能了解包括传动负载、电机、变频器和电网电源的完整的系统信息是使系统中电机达到要求性能的——起动要求，包括起动次数和负载说明（折算到电机轴上的转动惯量、起动时的负载转矩）；）；——可用的电源和布线说明，最终的配置将受所4.3转矩／转速因素4.3.1概述GB/T21209—20XX/IECTS60034-25图1、图2和图3所示分别为变频器供电电机典型的转矩-转速特性、主要影响因素和其结果。根据4.3.2转矩／转速性能图1所示为变频器供电电机的转矩／转速性能。可获得的限制。在弱磁频率f0和转速n0以上，电机可以恒功率运行，其转矩正比于1/n。对感应电机，如果达到了最大转矩的最小值（正比于1/n2则功率按1/n比率降低，转矩按1/n2比率下降（扩充的区域）。对同步电机，扩充的区域则不适用。最大转速nmax不仅受转速n0以上弱磁引起的转矩降低的限制，而且GB/T21209—20XX/IECTS60034-26为变频器应用而设计的电机其额定工作点通常是该电机输出最大转矩和功率的那一点，包括该点处的额定转速、额定电压、额定电流、额定转矩和额定功率，如图1基点n0处，nN＝n0。最大运行转速可能高于额定转速，且最大运行电压可超过额定电压，这取决于电压频率特性（见44.3.4转矩／转速性能的限制因素4.3.5安全运行转速、超速性能和超速试验为变频应用设计的电机，制造商应在铭牌上进行标明变频运行的能力。IEC60034-1:2010的9.6规使用滑动轴承的电机，设置最小安全运行转速可以保证润滑所需的油膜厚度。低于此限值时，有必要配置液压顶升装置。由于与此相关的作用因素甚多，通常需要针对具体问题作出分析，生产商应交流电机的超速定义见IEC60034-1:2010的9.7，但超速试验通常并非必需。如协议约定时该试验，试验的目的是为了检查离心力作用下转子设计的完整性。尽管对于定速电机来说，运行转速GB/T21209—20XX/IECTS60034-27要超过其同步转速事实上是不可能的，但发电机转速能够通过汽轮机加速至其同步转速之上（例如突对于变频器供电电机，不可能依靠变频器控制使电机加速至高于其最大运行转速。特别是对于大型同步电机，通常在设计电机时，最大超速设计为最大运行转速的1.05倍，试验也在最大运行转速的高转速运行时，转子应具备良好的平衡性。如果必须长时间高转速运行，则轴承寿命可能会被缩短。同样，对于高转速应用场合，应特别注意润滑脂的使用寿命和再润滑4.3.6冷却装置图1表明了冷却方式对电力传动系统最大转矩/转速性能的影响。额定功率在兆瓦范围内的电机，其冷却系统通常包含一个初级冷却回路（通常以空气作为初级冷却介质）和一个次级冷却回路（以空——初级冷却介质和次级冷却介质均由独立部件驱动，冷却介质的流动独立变频器输出电压（U）和频率之间的关系有数种特性A——电压随速度增大而增大，在弱磁频率f0时达到最大输出电压Umax；B——电压随速度增大而增大，在弱磁频率f0以上新的弱磁频率f01处时达到最大输出电压Umax。这扩大了恒磁通（恒转矩）的转速范围，但在这一速度范围内有效转矩比情况A要小；C——电压随速度增大而增大至弱磁频率f0处,然后以缓慢的速率增加,并在fmax处达到最大输出电压Umax，以避免在恒磁通范围内出现过大的转矩跌落；D——在低频时提高电压以改善起动性能，防止电流不必要的增大。在任意情况下，依据负载转矩-转速的要求，电压-频率的关系可能为线性或者为非线性。GB/T21209—20XX/IECTS60034-28图3变频器输出电压/频率特性的示例4.3.8共振频带变频器供电电机，其转速范围内所包含的某些速度会使电机定子、电机／负载的轴系统或传动设备的部件产生共振。通过变频器的设置，有可能跳过这些共振频率。然而，即使跳过了共振频率，当电机运行于该共振转速之上时，仍将带动负载加速经过该共振速度。减少加速时间有利于减少共振时4.3.9工作制4.3.9.1概述在各种工作制运行中，负载或转速经常变化（见IEC——电机散热随转速和冷却方式而变化；——可能要求电机的转矩大于满载转矩。为了加速、操纵最大负荷甚至使负载减速，可能要求电机工作于满载转矩之上。高于额定电流运行将增大电机的发热量。当电机过载时需要采额定时更高温度的绝缘等级或对电机所运行的工作制进行评定以确定电机是否具有足够）；——为使电机减速，可能要采用直流制动、能耗制动或再生制动。无论电机为驱动负载产生转矩或被负载驱动产生能量回馈至变频器，还是在减速时通过对绕组施加直流电以矩，电机的发热量都近似与电流平方成比例。该发热量必须在工作制分析中予以考4.3.9.2高冲击负载S6工作制）。在这些应用中，电机快速加载或卸载。该负载转矩有可能是正的（与电机旋转方向相），这种高冲击负载将导致电机所需的电流（来自于变频器）迅速增大或减小。如果该转矩是负的，电机会回馈电流至变频器。这些瞬态电流在定子绕组中产生应力。该瞬态电流的大小是变频器和电机采用冷却效果与转速无关的冷却方式（独立风扇或其它冷却介质，如水GB/T21209—20XX/IECTS60034-29适当的笼型转子设计，然而该设计对降低损耗和改善效率并不利，需要用合适的电机额定电压补偿这些电压降，如电机额定电压低于变频器电率m=k1n+k2n2额定运行状态下，不同于堵GB/T21209—20XX/IECTS60034-2要求快速电流响应和精确动态控制时，准确确定谐波损为了改进热模型或在低速下要求精确控制的高转矩应用场合，由电机设计者提供电机内部热容量对电压源型变频器，对换相电路的设计而言电机等值电路的信息通常并不重要，但是电机的谐波阻抗对因谐波引起的损耗却有重大的影响。电压源型变频器将输出电压施加至所联接的电机，输出电压使用似方波电压脉冲来合成正弦波（两电平变频器施加的是中间直流电压的峰-峰值），具有陡斜率变频器以非正弦波供电时电机内除由基波电压和基波电流产生的损耗外，还会产生一些附加损耗。这些附加损耗取决于转速、电压和电流、变频器输出电压波形以及电机的结构参数与尺寸。如果没有串联电感和滤波器，对两电平变频器来说，这些附加损耗将达到基本损耗的1030即占电机额定输出功率的12随电机容量增大而减小。对三电平变频器来说，由变频器供电引起的附加损％～变频器供电引起的附加损耗的大小和特性取决于电机的设计、变频器类型与参数以及滤波电路的），GB/T21209—20XX/IECTS60034-25.2变频器供电产生的附加损耗的分布和减对于变频器输出脉冲来说，电机表现为一个与频率有关的阻抗，其损耗主要由导体（主要为转子导条，某些情况下也包括定子导体）中的挤流效应和漏磁通路径（尤其是铁心叠片）中的涡流损耗产——转子槽开口；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2图5所示为一台由50Hz正弦波和5.5kHz载波频率电压源型变频器供变频器供电最显著的优势在于能够根据负载情况通过优化电机磁通（例如，在部分负载时其所要求的转矩与速度的平方成比例。低速时转矩相应降低，因此能由较低的磁通产生，电机损这一原则同样适用于“恒功率因数控制”中，在负载转矩变化（转速不一定变化）的应用也可通过改变中间直流回路电压降低基波损耗。较高的中间直流回路电压或许会5.3.2降低变频器供电引起的附加损耗——提高开关频率；直到数千赫兹，由变频器供电产生的电机附加损耗随脉冲频率的增加而显著耗为最小值（见图A.1）。对于磁滞或随机PWM控制GB/T21209—20XX/IECTS60034-25.4使用滤波器降低变频器供电引起的电机附加损耗变频器输出端使用滤波器可减小高频开关电压的振幅和du/dt值，而不过度影响电机端的低频合成电压。总的影响取决于应用场合以及电机和滤波器的尺寸。为避免增加电机的基波电流损耗，应考虑电机端由滤波器电压降引起的电压下降。同样，滤波器中也会有损耗，但这一损耗通常比由变频器供除了降低由变频器供电引起的电机附加损耗，滤波器还对减少电机绕组上的电压应力、降低转矩脉动、改善电磁兼容性能有显著好处（见9.2）。但会减慢PDS的动态响应速度，滤波器的电压降也会5.5温度和预期寿命由负载状况及电压波形所引起的基波损耗和附加损耗的总和使得电机绕组产生温升。该温升还受——选用更大容量的电机；——优化变频器输出波形。负载和转速的变化对绕组温度的影响用IEC60034-1中确定的工作制来表征。变频器供合的工作制是S1和S10。工作制S1考虑到最高允许温度，而工作制S10（变负载和变转速运行）允许温升在有限的时间内超出绝缘耐热等级的限定值。IEC60034-1:2010给出了温升限值，其附录A给出了预IEC60034-2-1和IEC60034-2-2GB/T21209—20XX/IECTS60034-2若在实践中需要对总损耗（包括附加谐波损耗）进行更精确的评估，则应根据PDS最终的运行方式——转速从接近零到超过基速变化。这将会影响轴承和润滑、通风和其它任何受温度变化影响的——电机电源的频率和谐波成份对定子铁心中所产生的电磁噪声有很大的影响，其次是轴承噪——由电机气隙磁场中的不同频率的波相互作用而引起的定子滚动轴承潜在的发射噪声基频直接随转速变化。如果轴承在基速时“寂静”，那么当速度减小时，其噪声级不会有显著变化。然而，当速度超过基速时，由于滚动体间的滑动加剧了基频谐波而导致轴承噪声显著增大。当速度因子（轴承直径mm×转速r/min）速增加。经验表明，缩短润滑间隔或利用油浴或油雾增加润滑量可抑制噪声的增当电机运行于转速范围中的最高转速时，其轴承温度比运行于较低转速时高。因此，在设计时确保有足够的标称游隙和／或具有弹簧加载装置就显得对于安装于轴上的风扇，其产生的噪声变化近似如图7所示（风扇圆周线速度不超过50m速降低50％，风扇噪声约按公式⊿S(dB)=50log10(R)或降低15dB；转速增加50％，风扇噪声增加约9GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电磁噪声本质上是由作用在气隙处的定子铁芯表面的径向力波产生的。这些电磁力波是由气隙中变化的磁场相互作用而产生的，通过磁场幅值、频率和模态振型来描述。由于幅值很小，只有当某一径向力波的频率和模态振型与定子铁心的固有频率和模正弦波电压供电时，由气隙磁场的空间谐波引发电磁噪声。设计上应避免电机在额定运行时发生共振。但当电机在较宽的速度设定范围内恒磁通运行时，由于存在大量的空间谐波磁场，在某些特定速度下发生电磁噪声是不可避免，即使供电电压为正弦波也是如此。为了避免在相关转速下出现过高的噪声，越过一小段频带是常用的方法。这种方式不仅限于变频器供电的情况，在由正弦波的变频电当电机由变频器供电时也有上述情况发生。但在这种情况下，原有的空间谐波叠加了由时间谐波产生的磁场。对于由此产生的较大的电磁噪声，考虑基频下的气隙基波磁场（极对数为p）与各时间PDS设计者需致力于找到解决噪声问题的最佳方案，但应意识到只有靠变频器和电机的设计者相互合作才能达到目的，单独依靠任何一方都经验表明，当脉冲频率小于3kHz时，谐波频率将接近于大中型电机铁心和结构在宽调速范围应用场合，在运行速度范围内不可避免地在一些运行点出现谐振（见图A.2）。对于轴中于2.5kHz。相反，随着变频器脉冲频率增高至4kHz或5kHz甚至更高时，谐振将会出现于更小的电机GB/T21209—20XX/IECTS60034-2与正弦波供电的情况相比，同一台电机改由PWM控制的变频器供电时所增加的噪声，在开关频此外，对于大型电机，可使用正弦波供电在空载和额定频率下GB10069.3-2008规定了声功率级限值，其中第7章以表格形式给出了变频器供电和正弦波供电时6.2振动(不包括扭转振荡)——电机的电磁设计；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——变频器输出波形。若假定变频器有理想的输出波形，电机的机械特性和安装也加以特别注意，则可获得与电机运行于正弦波供电时类似的振动等级。因此，对于PWM电压源型变频器供电电机，不需要再确定异于GB/T10068-2020给出的正弦波供电电机GB/T10068-2020给出了自由悬置或刚性无联轴器联接时电机的振动等级，这些都是电机质量的指标。当电机安装于某装置或者用联轴器安装电机与传动设备用联轴器联接时存在很多自然共振，如果电机需要运行在转速范围较宽的应用场合，则这些共振很难完全避免。如果出现问题，有时可通过对控制器进行编程来跳过引起机械共振的影响振动等级的很多因素来源于整个系统，仅考虑电机被试电机宜刚性安装，应由变频器供电，且其输出特性应与实际运行当按照6.2.2.2规定的试验条件进行试验时，在电机轴承室测得的振动幅值不应超过GB/T10068-由谐波产生的异步转矩（稳态）对传动系统运行的影响较小。但这不适用于变频器供电电机在轴上产生的振荡转矩。转矩脉动的幅值和频率可在整个关联的机械系统中产生转矩振动，为了避免发生在脉冲控制变频器的传动系统中，最有影响的振荡转矩的频率取决于开关频率，而它们的幅值取这些转矩因其频率远高于系统的临界机械频变频器输出电压不对称引起的直流分量和负序分量会产生1或2倍基频转矩分量，应小心预防。应当牢记的是，对直流分量而言仅是电阻起作用而对负序分量则是短路阻抗起作用，因此，很小的不对称电压将产生相当大的不对称电流，从而出现振荡转矩，特别是当与轴系谐振频率相近时。如果转矩GB/T21209—20XX/IECTS60034-2传递面能够分离，那么因齿轮组、联轴器或某些轴联接中存在间隙而使其来回撞击，从而该振荡转矩当电机由变频器供电时，绝缘结构所承受的电介质应力要高于由纯正弦波电源供电所承受的电介电压源型变频器产生不同宽度和频率的固定振幅电压方波脉冲。变频器输出脉冲的电压振幅由直滤波器等辅件所构成的整个拓扑结构的共模和差模瞬态叠加效应（见IECTS6频器输出电压上升时间在20ns～400ns范围，为了减小输出半导体中的开关损耗应尽可能缩短上升时间。此类变频器通过电缆连接会在电机端产生重复的过冲电压，如果超出电机重复电压耐受强度，那么势必会降低绝缘系统的寿命。图9所示为在一时间段内、不同运行条件下，在变频器供电电机的接线端测得的浪涌信号曲线。从图中可以看出，浪涌信号、浪涌上升时间以及幅值之间并非简单的关系。然而，具有较快上升时间和较高电压的浪涌对绝缘损坏的危害（因为局部放电，见7.3和7.6）更严重，GB/T21209—20XX/IECTS60034-2决于该脉冲的上升时间、接线电缆长度以及电机阻抗。这些过冲电压是由在电缆与电机接线端之间阻抗不匹配而引起的反射波而产生，并且依赖于变频器的输出功率，电机与变频器之间的电缆长度以及电机接线端的阻抗。该现象完全可用输出电压谐波在传输线上的行波理论作解释。由于上升时间缩短，电压波形中的谐波频率会增大。图10所示为在变频器输出端和电机端测得的典型的电压浪涌。图11建议变频器和电机系统集成商在系统安装完成后，测量电机端的相对地和相间电压，以确定是否达到预期要求，因为如图9所示实际的电压量级和上升时间是非常复杂的。如果实际浪涌电压比预期更严重，系统集成商应采取接下来7.5的措施，以避GB/T21209—20XX/IECTS60034-2经验表明，当电缆长度增加时，脉冲过冲通常将增至最大，然后会下降。同时，在电机端该过冲电压上升时间会增加。当变频器与电机靠近安装时，由于变频器与电机之间的电缆较短，过冲电压会GB/T21209—20XX/IECTS60034-2一部分电应力由施加到绕组线圈主绝缘（相间或相对地）的电压强度确定；另一部分电应力受匝间绝缘限制而由冲击电压的上升时间确定。较短上升时间的冲击导致电压在整个线圈中分布不均衡，如图所示，上升时间越短，线圈的第一匝承在电机端，短上升时间的冲击电压也会在每相绕组的最初的一个或几个线圈中引起较高的匝间电压，并导致匝间早期的电介质击穿。出现这种现象通常是由于漆包层的介质强度不够或树脂填充不够。然而，现场经验表明，大多数情况下并不会出现电介质击穿，因为只要冲击电压绝缘等级(IVIC)达到部放电Ⅰ型）或IECTS60034-18-42（耐局部放电ⅡGB/T21209—20XX/IECTS60034-2由电机制造商负责在铭牌上或以文档的形式确定电机绕组的绝缘性能。指定IVIC值将影响如IEC对PDS大部分应用场合，推荐电机应符合表4，冲击电压绝缘等级C/B级。电机制造商应保证电机符为了使电机绝缘性能符合系统所要求的经济性和可靠性，IEC60034-18-41:2014附录C给出了具体应用场合下的较高值和较低值，以及P-P、P-G、T-T等级的为确保电机绝缘系统的使用寿命不至于明显降低，变频器运行产生的实际应力应低于Ⅰ型电气绝缘系统（见IEC60034-18-41）规定的冲击电压绝缘等级（IVIC）以及Ⅱ型电气绝缘系统（见IECTS应认识到，取决于PDS的拓扑结构，可能会出现明显的高电压。考虑到受变频器拓扑结构和运行模式影响可能存在的电压反射、电缆类型和长度、接地等因素后，可按IEC当电机端的实际（或预期）电压应力水平高于表4定义的冲击电压绝缘等级时，将只有PDS拓扑结构或者电机绝缘系统一方被采纳。表4规定的最大电压应力水平可以涵盖足够多的典型应用，但实际水平有可能超过该规定值以及电机绝缘系统的能力。系统集成商有责任对系统进行改造，或者向电机制造商或变频器制造商说明其特殊要求。7.5给出了降低电压绝缘CB为1000V以上电压源型变频器供电专门设计的电机的绝缘系统应符合IECTS60034-18-42（局部放电Ⅱ型）的要求，可在说明书和电机铭牌上标明。明确电机绕组绝缘性能是电机制造商的责任。指定某个冲击电压绝缘等级会影响到IEC60034-1中规定的耐压测试。由于变频器的拓扑结构变化多样，并且这类大型电机绝大多数都需定制设计，实践中很难预先指定一个IVIC值。系统集成商或者最终用户需要同变频器和电机制造厂商共同确定兼容性。如果传动系统的拓扑结构已经给定，那么IECTS有几种给定情况下降低浪涌强度的可行方法，可通过查看整个PDS来判定。大部分影响因素可按7.6绝缘应力承受能力GB/T21209—20XX/IECTS60034-2局部放电通过化学和机械腐蚀使绝缘系统等级降低。绝缘降级的速率取决于局部放电发生的能量和频——绕组型式：散嵌绕组或成型绕组；——导线尺寸：大直径导线具有较高的PDIV；％）；——环境空气成分和气压：（多种因素将引起轴承电流，使得电机的轴承和所带负载都会受到影响。在轴承滚道上材料交替变更而出现波纹形状，这就导致传动系统提前或者意GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电机中的磁路不对称会产生低频轴承电流。这种现象在400kW以上的电机中较为普遍，但也会出现在磁路不对称的小电机中，比如具有分段结构的电机。非对称的磁路使得在轭部产生一个环向交流磁通（环形磁通），该磁通将在包括电机的轴、轴承、端盖和机座所组成的导电回路感应出交流电压。如果该感应电压足以击穿由润滑剂所形成的绝缘，那么电流就会流过该回路，其中包括两端的轴承。变频器将电源的输入电压，即一个幅值和频率首次近似为常值的电压，转换为一个幅值和频率均为变化的电压。为此，由一个整流单元向一个中间直流回路馈电，该直流回路中的电容负责平滑电压和存储电能。下一级的逆变单元利用PWM方法将直流回路的电压转换为变化的交流电压。这样便可控制对于与逆变器相关的轴承电流的特征，接地系统的高频特性是特别重要的。由于采用的半导体快速开关运行在较高的开关频率下，从EMC的角度来看，逆变器在电力传动系统中应视作一个干扰信源，干扰信宿是下一级的机电系统部件，比如电机、齿轮箱和负载机，这些部件中将流过非对称的传导干扰电流，从而在传动系统各部件上产生附加高频电压降。由于各自的寄生参数，系统中每个部件都有相应的对地阻抗，在该阻抗上形成附加电压降，在图1GB/T21209—20XX/IECTS60034-2根据电压源型变频器输出电压的典型波形，轴承电流的形成机制大致分三类：EDM电流，环流和转子接地电流。这些内在的机制可划分为两个大组：与电流相关和电压相关的轴承电流。在前一组中，轴承电流是由共模电流的高频分量产生的(环流和转子接地电流)，而另一组则是由固有的共模电压产生的(EDM电流)。以上关于轴承电流的分电压源型变频器（VSI）在运行中的一个显著的副作用是，其必然会出现共模电压。与经典的三相交流系统不同，由于VSI中仅存在离散的电压值和开关状态，所产生的相电压(URG,USG,UTG)之和一工作方式，是将正的或负的中间直流回路电压连接到电机的三个接线端。由此产生的共模电压相当于上述寄生网络的输入电压。这就意味着，共模电压（作为一个源头）也是形成寄生轴承电流的影响因素之一。共模电压等于三个相电压之和的三分之一。带二极管三相整流单元的两电平逆变器共模电压的典型波形UCM以及总的共模电流如图17中右边所示。可见电压的快速变化du/dt对应于大小为±共模电压在电机接线端的表现和程度取决于变频器馈电的特殊拓扑结构以及接地方式等。总的轴GB/T21209—20XX/IECTS60034-28.2.2电机的高频等值电路和总的轴承电流实际上，共模电压是寄生网络的输入变量，该寄生网络由下一级传动系统所构成。为了得到电机的高频等值电路，传动系统内该网络的构成中诸如分界面、空气间隙以及绝缘都应予以明确。电机的高频等效电路如图18所示。所施加的共模电压UCM产生电流iCM，主要流经寄生电容组件CWS。该电容形成于电机的绕组系统与定子之间。其他电容体现在绕组和转子之间(CWR)、转子和定子之间(CRS)以及滚动轴承内部(CB)。虽然前三个部分仅由几何尺寸决定，但后者很大程度上取决于运行条件。速度、根据轴承的状况，流入轴承的电流会迅速变化。例如，轴承中的电容仅在滚动轴承注有润滑脂并且是不导电的情况下才存在。如果轴承电压超过击穿的阈值或其润滑油膜耗尽且滚子与两个轴承座圈接触，那么该电容被视作短路。在很低的转速下，由于缺乏绝缘润滑膜，轴承也有可能发生金属接触。滚动轴承中的变化是关注的焦点。滑动轴承很少出现任何电流路径上的不规则性，首先由于滑动部件之间更明显的分离（润滑膜厚度是滚子轴承的40到50倍），其次，由于不存在滚动机制，因此，滑动轴承通常几乎不存在由于其中的电应力而导致GB/T21209—20XX/IECTS60034-2三种类型的轴承电流（图15）区分如下：电机内部的高频环路电流以及从转子到地的高频电流（与电流相关）和轴承润滑膜中带有闪络的EDM电流（与电压相关）。共模电压每快速的变化一次就会呈现出一个共模电流峰值（图17）。只有在这一瞬间，才可能出现与电流相关的轴承电流。这种轴承电流的特征波形可用两个量来描述：电流的峰值和发生阻尼振荡时位于200kHz到300k基波频率。此外，每单位时间发生的与共模电压的斜率直接相关的峰值数定义了该与电流相关的轴承另一方面，同轴承润滑间隙之间的电压降密切相关的与轴承电流相关的电压，是电机高频等值电路中所描述的共模电压的一部分（图18）。此类轴承电流也可以由峰值和发生阻尼振荡时位于1MHz至5MHz范围内的基波频率来描述。在这种情况下，每单位时间的峰值数与轴承内部润滑膜的绝缘能力直图19是不同类型高次谐波轴承电流所涉及的驱动单元的物理部件的一个图示，通过对一个传动系统的示意，从原理上展现了这些轴承电流。以下GB/T21209—20XX/IECTS60034-2图20左侧等值电路图描绘的环路电流具有一个至关重要的影响——以绕组和定子叠片之间的寄生电容CWS的形式来呈现。通过槽绝缘流出的高频共模电流，产生环绕电机轴的圆形磁通。该磁通在电轴。不同的是，传统的轴承环路电流是由于磁路不平衡而导致的具有电机基频的环路电流，而由变频器运行特性引起的环路电流则明显具有更高的频率。详细原理如图20左边所示。该图右侧是在电机两端轴承处测量到的电流的时域图。从这两条电流曲线可看出在相同幅度下具有一个180°相移，这表明两者构成一个环路电流。该环路电流通常会导致轴承损坏的典型峰值为3A至20A，取决于电机的具体GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电流从定子绕组流经电容CWS（如图18所示）到定子铁心叠片通过闭合接地系统返回到源点—变频器的中间直流回路。如果电机的接地被设计成具有一条通向电机轴的低阻抗路径，那么流过连接电机轴与负载的联轴器的电流会有相当大的幅值。倘若这样，则有可能会对连接到电机上的无源器件造成潜在的破坏。因此，从转子流入地的电流幅值很大程度上取决于闭合接地系统的质量。如图21中所指明的电流可能的路径是对图18高频等值电路形象化扩展。从该图里可以找到电机与负载的电容以及GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电机机座对地的电位差是变频器共模电压的一部分。共模电流将寻找最小阻抗的路径。如果该预期路径中存在一个大阻抗，例如电机机座的接地，那么该机座对地电压会使部分共模电流转移到非预期路径中，例如流经基础。在实际安装中，存在许多并行路径，其中大多数对共模电流或轴承电流值然而，若该阻抗值足够高，则可能会在电机机座和变频器机壳之间出现超过100V的电压降。如果在该情况下电机轴通过金属联轴器连接到齿轮箱或其他被驱负载，而这些机械已牢固接地并与变频器外壳的电位近乎相同，那么变频器共模电流有可能会有一部分流经电机轴承、轴和被驱负载再回到变如果负载机轴与地面没有直接接触，电流可能会流过齿轮箱或负载电机的轴承。这些轴承的损坏8.2.5电火花加工放电电流（ElectrostaticDischargeMac此类轴承电流是根据出现火花腐蚀的制造工艺来命名的，即所谓的电火花加工。其产生的原因是共模电压对电机滚动轴承润滑间隙上的寄生电容的的作用。绕组与转子之间以及转子与定子之间的电容构成一个分压器，它在电机转子和定子之间产生一个电位差，从而产生一个轴承电流iB。电压比称）：GB/T21209—20XX/IECTS60034-2当轴承两端的电压超过润滑膜的击穿电压时，由此产生的电弧放电将熔化或蒸发轴承滚道外的材料。共模电压波形、电机驱动端轴承处的轴承电压以及由此产生的轴承电流的举例见图22。轴承电流可以仅部分跟随共模电压的阶跃特性，并且相应的轴承电流在发生电压击穿时是可测量的。EDM轴承电流的幅值取决于变频器共模电压的幅值、电机的寄生电容，尤其是取决于主驱电机滚动轴承的依赖于负载和工作点的润滑条件。相比环路电流以及转子对地电流，由这些EDM电流引起的放电电弧的能量可能明显更小，但它也能逐渐导致轴承中的波纹8.3轴承电流过大的危害下文描述了由电流而导致的滚子轴承的损坏特征。在润滑间隙中形成的电弧闪络和随后流动的电如a)中提到的熔化主要导致类似火山口状的形成，且其材料特性相比原始状况有所恶化。硬化的材料海绵状结构，并导致在电流流经的滚道表面出现典型的“无光泽”外观。在图23b中，以扫描电子显微镜(SEM)曝光的形式从宏观和微观上描绘了这些状况。一般来说，磨砂滚道对轴承的寿命没有影响。然GB/T21209—20XX/IECTS60034-2而，波纹（“搓板”）的形成使得问题要严重得多，其特点是会出现与滚道交叉的大量不同光泽的灰线（图23c）。这些线由滚道表面上的一个近乎周期性的山谷结构所形成。该“搓板”动态地激发滚动元件使之振动，从而极大的增加了轴承部件的磨损。这将造成轴承疲劳断裂如b)所示，润滑剂会改变其粘稠度并失去润滑性。含有相应添加剂的基础油被黏合在所谓的皂基中。由于高温，这些物质发生反应：皂基和基础油燃烧或结焦，且添加剂往往迅速分解。最终润滑剂会褪变成黑色并变硬（图23a）。润滑剂的这种分解是一种由于电流流通而表5显示了不同形状的滚动轴承出现的不同等级的损伤形态。这里依据的是已在不同中心高的电机中运行了大约50000小时的不同的滚动轴承的外滚道、滚珠和润滑剂的宏观影像。如图所示，从最初的轻微波纹形成（1级）开始，到疲劳失效（5级）的过渡分五个阶段。值得注意的是，0级对应于对轴这归因于由熔坑的累积所引起的一种光的散射变化。在2级损伤的情形，可以观察到首次出现交叉的波纹（阴影）。在该阶段，润滑脂已褪变而呈现出典型的黑色，随着损伤程度的增加愈发明显。从3级（中等波纹）到4级，增加的交叉的波纹状（沟槽）开始显现。同样，润滑脂褪变成黑色清楚地表明轴承电气负载的影响。最后，5级（重波纹）除出现波纹外，还会在轴承的滚道和滚珠中出现疲劳失效。度等级/轴承型号GB/T21209—20XX/IECTS60034-2砂01GB/T21209—20XX/IECTS60034-223GB/T21209—20XX/IECTS60034-24GB/T21209—20XX/IECTS60034-25以上这些措施是为了减少跨越轴承润滑膜的电压值使其不至于引起高频轴承电流脉冲，或将脉冲值削弱而使其不至于影响轴承寿命。对于不同类型的高频轴承电流，须采用不同的解决高频电流的基础是采用适宜的接地系统。标准的设备接地设计主要是为了在系统频率发生故障时，为保护人员和设备而提供足够低的阻抗连接。如果按照第9章的要求进行安装，则在高共模电流——使用绝缘轴承；GB/T21209—20XX/IECTS60034-2注：在实际应用中，使用一些具有不同厚度类型的轴承绝缘并置于不同的位置（例如，在转轴和内轴承座圈之间、外轴承座圈和尾轴承架之间、尾轴承架和机座之间）。常用外表面具有陶瓷涂层的抗摩擦轴承（所谓的涂层——除了改善阻抗条件外，使用额外的共模电感（扼流圈）可以减少共模电流的激励。在逆变器的输出端采用纳米晶粒铁芯也是一种预防措施。为此，宜在所有三相（不接地）中安装注：铁芯的最佳数量取决于所选的电缆类型、电缆长度和电机功率。铁芯的作用仅限于高频，即共模电流中的低频分量会导致铁芯磁饱和。例如，这些低频分量是由电机电缆的不对称或单导体的布置而产生的。磁饱和可——在转轴和电机机座之间用电刷接触；——尽可能使用低电压电机和变频器；——避免使用双重转换（并联开关）。缘NDE端已绝缘，可不需2．NDE端轴承带3．两端轴承均绝缘其中一个绝缘轴承能够适用此电流类型不能阻止轴承润滑需要接额外的电刷接触来4．两端轴承带陶其中一个绝缘轴承能够适用此电流类型需要接额外的电刷来阻止5．两端轴承均绝刷不保护负载上的轴承6．两端轴承均绝缘+NDE轴端接地无法保护负载上的为阻止轴承环流在电机和负载构成的回路上流通，使用绝缘联轴器是必须GB/T21209—20XX/IECTS60034-27．两端轴承均绝非常有效（特别是大电机）有助于阻止对负载可8．两端轴承均绝不能阻止轴承润滑轴端接地是必须的（见对仅保护一端轴承。在非绝缘轴承内增无法保护负载上的需保证接地接触阻需保证接地接触阻无法保护负载上的需保证接地接触阻/轴承密封采用碳效果受限是因为由高峰值共模电流/低频部件引起的饱器同时也减小了LF极大减小共模电压如果变器也能阻止对负载可能造成GB/T21209—20XX/IECTS60034-2也能阻止对负载可能造成也能阻止对负载可能造成——大尺寸或高输出功率的电机往往会增加感应轴电压；——极对数的增加往往会降低感应轴电压；——定子槽数的增加往往会增加轴电压；——电机电缆短会增加感应轴电压；——由于更薄的润滑油膜，低转速、高轴承温度及高轴承负载情况下会增加产生轴承电流的危——滚子轴承比滑动轴承更易损坏，但由于具有较高的游隙和容量，滚子轴承比球轴承具有更高——带前置有源功率因数修正的变频器可能会增加轴承电压，取决于接地配置；——需特别注意，转子回路上由电压源型变频器供电的滑环式电机，轴承电压比（B8.5高压电压源型变频器供电电机的额外考虑因素之前所有关于电压源型变频器供电的低压电机的轴承电流说明，通常都适用于高压电机和变频器，），——较厚的槽绝缘降低了绕组铁心电容，也降低了电机共模电流和环形轴承电流的危害；——另一方面，高压变频器共模电压的电压阶跃要大得多，尽管阶跃数较高，但增加了环流的危——直流总线上的高压导致共模电压幅值很高，因此，应考虑电容性放电轴承电流的危害（高压8.5.2笼型感应电机、无刷同步电机和永磁电机的轴应重视变频器中间回路高压和电机尺寸以保护轴承。应在两端或一端（非传动端）使用绝缘轴承8.5.3滑环式电机和有刷励磁同步电机的轴因为电机本身具有滑环和电刷，轴两端的电刷会产生额外有效的接地来保护轴承。或者，可选择GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如果电压源型变频器连接到转子回路，会产生预期的高共模电压和轴承电压比。因此，此种情况8.6高压电流源型变频器供电电机的轴承电流保护实际经验和试验表明，电流源型变频器供电电源对轴电压的影响很小，因此不需要使用特殊方法9.1.1概述9.1所给出的建议仅是对用于保护接地连接的导体和电机电缆的适用性、可靠性及EMC安装等问题给予一般指导。对于特殊安装，应遵循与接地有关的地方法规和适合于系统集成器，并且应遵守变频器供应商涉及EMC的指示。详见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为了安全、可靠和无干扰地运行。传统接地是基于电气安全，有利于保障人身安全和限制因电气故障而造成的设备损坏。PDS的无干扰运行须采取更有力的措施以保证在高频时的有效接另外，正确的接地可强有力地削弱电机转轴和机座的电压，减小高频轴承电流并防止轴承过早失9.1.2.2接地电缆为了安全起见，接地电缆应遵照地方法规并根据不同情况确定尺寸。选择适宜的电缆特性和布线搭接接地在某种程度上不仅是为了满足安全要求，还可以提高装置的EMC性能。可用金属条、网带或圆电缆等导体接地，对高频系统以金属条或编织带为好，经验表明带的长／宽其应具有低电感，因此应采用金属条或编织带，并且应沿着最短的路径。在有些情况下，可能要求有当电机和驱动负载使用共同的润滑系统时，须小心防止联轴器跨越绝缘轴承室，例如对紧固件使用绝缘套管和垫圈，使用基础螺栓以及用陶瓷或高密度耐油PVC材料制造的绝缘管道。GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.1.4高开关频率变频器供电电机的电力电缆9.1.4.1推荐配置大于30kW电机接线宜用单芯动力线和多根接地线对称配置的电缆以减小高频轴承电流和EMC效应。较小功率且易于布线的场合优先采用多芯屏蔽电缆。30kW及以下电机和如以屏蔽层作为防护导线，屏蔽层电导至少应达到相导体电导的50％，高频情况下至少要达到10％。对于用铜或铝屏蔽/铠装层来说，这些要求很容易达到。如以钢材料作为屏蔽层，因其电导率较低，就需要更大的横截面且屏蔽螺旋应具有较小的梯度。屏蔽层电镀将增大其高频电导。如屏蔽层阻抗过大，高频返回电流引起的电压降将明显提高机座相对于接地转子的电位，而引起非预期的轴承电电缆屏蔽应两端接地。沿圆周360º搭接接地能有效屏蔽整个高频段，对EMC性能有利（见——带一同心的铜或铝防护层的三芯电缆（见图3——带三根对称接地导体和一同心屏蔽／铠装三芯电缆——注：对于小功率系统，宜使用单个导体作为保护接地；——用钢和镀锌铁绞线（小节距）作屏蔽/铠装的三芯GB/T21209—20XX/IECTS60034-2一般情况下，100m及以下长度的屏蔽电缆可不采取附加措施而直接使用。对于较长的电缆，可能要采取一些特殊的措施，如输出接滤波器。当使用滤波器时，从变频器输出至滤波器之间的电缆应符合以上要求。如果使用的滤波器EMC性能较好，则从滤波器至电机之间的电缆不需屏蔽或对称，但无屏蔽的单芯电缆也可用于大容量电机，但须紧密安装在金属电缆桥上，电缆桥至少在电缆敷设路径的两端与接地系统搭接。需注意源自这些电缆的磁场可能会在附近的金属件中引发电流，从而产9.1.4.2并联对称布线GB/T21209—20XX/IECTS60034-2要确保电缆屏蔽层与变频器和电机外壳高频（HF）电连接，就要求电机接线盒采用如铝、铁等导电金属制造。屏蔽层应沿电缆周围360º连接，这样从直流到70MHz频率范围内均有较低的阻抗，能有GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.1.4.4辅助设备的布线和接地为防止在系统内形成电流通路而引发错误读数或损坏，一些辅助设备（如转速计等）在电气上应与电机绝缘。对于联接器型的编码器，可采用绝缘的联轴器。对于空心轴型转速计可通过球关节或安脉冲编码器最好采用双屏蔽电缆接线。为了减小高频干扰，屏蔽层应通过电容在编码器端接地。9.1.4.5集成传感器的布线由于其接线通常在电机内与动力线非常接近，因此其绝缘需有足够强度以耐高压。在这种情况下，不9.2.1概述GB/T21209—20XX/IECTS60034-29.2.2输出电抗器这类特殊设计的电抗器用以调节PWM输出波形，也可用来降低du/dt和峰值电压。然而需要谨慎的是，从理论上说，如果电抗器选择不当就会延长上升持续时间，特别是输出电抗器装在变频器箱体内。输出电抗器也可用于接线长达几百米的大型传动设备以补偿电缆充电限压滤波器是由电容、电感和二极管或电阻组成，用以限制du/dt值，压上升时间。在图30b）的示例中，峰值电压降低至684V，du/dt为40V/μs。由此会增加的0.5%~9.2.4正弦滤波器正弦滤波器是使高频电流分流的低通滤波器，使输出到电机的电压波形接近正为1.5倍开关频率周期的相间输出电压（微分）。通常有以下两种类型这些滤波器价格昂贵且还有其它局限性。它们阻止电机电压超出90％的电源电压（从而可降低变电机线端装置可与电机端子连接，使电机阻抗和电缆阻抗相匹配，从而可防止电压反射。在图GB/T21209—20XX/IECTS60034-2不推荐在电子控制器接感应电机时其负载侧用电力电容器改善功率因数。这可能会损坏控制器并9.4一体化电机（集成电机和传动模块）当变频器安装于电机外壳内部，如电机接线盒内，或以独立形态构成整个电机外壳结构的一部分，变频器和电机使用共同的冷却系统，则整个装置被称为一体GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——方便安装和启动（通常不需要特殊电缆或额外搭接接地或接地——共有的一体化外壳可满足电磁兼容性要求（法拉第笼），也降低了转轴接地电流的危害；——变频器和电机之间电缆和引接线不长，降低了预期电压反射和峰值电压，但不会——紧凑的解决方案，如节省了安装空间；——与相同容量的感应电机相比，减小了电机尺寸；——转子损耗较小，电机冷却安排更简单。另一方面，永磁体磁场的降低取决于定子电流，这又可能需要降低输出功率，因此弱磁范围运行10.2损耗及其影响永磁电机通常不具有阻尼绕组，与转子设计相关的谐波电流会在永磁体或转子实体部分（或两者都有）产生涡流。因定子损耗增加而引起的磁体发热及磁体中产生的涡流会导致10.3噪声、振动和扭转振荡当电机运行于发电模式，应注意反电势不能超过安装容量。这是特定故障状态下安装风险分析的10.5轴承电流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电机运行过程中永磁体发生消磁通常是因为存在异常大的消磁电流峰值，如出现故障或电机控制损耗。永磁体发热会增加这一风险，使其在较低电流值时发关于电压源型变频器供电的低压电机的规定，通常对中压或高压电机和变频器依然有效，但也存11.2系统特性GB/T21209—20XX/IECTS60034-2中压变频器可为三电平变频器或多电平变频器，意味着串联连接的逆变桥每一分支上都有一个以上的半导体功率器件（见图31）。例如，对三电平变频器，施加的线电压有5个不同的电平值（-Ud，-Ud/2，0，Ud/2，Ud），而不是两电平变频器的3个电平值（-Ud，0，Ud）。一方面，可得到更好的输出电压波形，减少谐波电流（每一电平减少近50%的电流增长，见图32另一方面，中压变频器脉冲频率低于低压变频器，降低电压谐波频率的同时往往会增加谐波电流。11.3损耗及其影响施加一定范围谐波电流或谐波电压的任一型号变频器都会在电机中产生谐波电流。谐波电流在定子绕组中产生的附加损耗，取决于定子绕组线匝高度及其在槽中的横截面排列方式，因为绕组有效交流电阻随频率和线匝高度强有力地增加。谐波电流较低时，通常不需要对电压源型变频器供电电机的如11.2所提到的，三电平或多电平变频器施加一个更好（更加正弦）的电压输出波形以减少谐波电流。高压变频器通常具有较低的脉冲频率，减少附加铁耗的同时往往会增加谐波电流。由于电机中如5.2所讨论的，受集肤效应进一步增加谐波的影响，转子绕组也将在制造商试验场地对额定功率兆瓦范围内的传动设备进行完整的PDS试验通常是不经济的，这会消耗大量的时间和经济成本。然而，为了PD在一个合理设计的PDS中，计算值通常真实可信，这一计算结果考虑了定转子绕组中的电流位移等如制造商与用户约定，可按IEC600GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如11.3.2所述，在试验场地对额定功率兆瓦范围内带有变频器供电电机的PDS进行试验通常济的。如有必要，整个PDS的噪声和振动测试应在现场调试过程中进行，但可能会受到传动设备性能的很多情况下，额定功率在兆瓦范围内且最大运行转速突破约2500r/min的电机，不可能或不利于达到第一横向临界转速高于最大运行转速的转子动态设计。其次，转速范围不可能脱离横向临界转速，因为运行在（或接近于）横向临界转速会产生不允许的转轴振动，建议跳过这些共振频率。应在设计阶段确定越程带，由于横向临界转速预测精确度有限及存在轴系阻尼，越程带宽度可能为数百转/分。在试运行阶段掌握真实临界转速情况下确定的越程带宽度可以维持得非常小，这一过程也许更可11.5电机绝缘电应力决定第一匝线圈电应力的一个临界参数是绕组（图33）的最大电外加电压一般在400V到690V之间，所以du/dt可由脉冲上升时间确定。对高压系统，外加电压范围除了7.1～7.3提到的因素，变频器供电电机端出现的过电压也与变频器级数相关。系统集成商应按IECTS61800-8的规定确定电压脉冲水平。这一结果应与电机制造商进行GB/T21209—20XX/IECTS60034-2变频器供电电机定子成型绕组使用额定输出在2.3kV及以上的正弦波电压供电，经受具有显著幅值和高频的短时上升时间浪涌时，会在图34所示的1、2、3位置处产生额11.5.3.2～11.5.3.5讨论了这些额外的定子绕组电压应力对定子绕组绝缘结构产生的影响。电机设计者应注意电机端变频器输出电压波形的特性，以确保设计定子绕组时考虑到如果匝间绝缘相邻处（或之间）存在气隙，若使用不适当的匝间绝缘，会出现由局部放电引起的组线圈端部产生非均匀的电压分布，显著提高匝间电压应力。大多数电机制造商会注意这一点，并在额定输出2.3kV及以上电机定子绕组中，使用合适的股绝缘或线匝绝缘和优良工艺或多胶模压工艺。这些方法在减小由持续高频浪涌和绕组导体周围气隙导致的局部放电匝间破坏导体和地间的电压应力受PDS接地配置的影响。应注意避免由高频电容性电流引起的绝缘材此外，这一额外发热能降低半导电电压应力控制涂层的特性，若应力涂层特性降低，则局部放电GB/T21209—20XX/IECTS60034-2如果这些线圈组分的电压应力大于约3kV/mm（峰值相间可能发生局部放电。由于每相出现较高的瞬时重复电压，这些局部放电很可能发生在变频器供电电机中。变频器供电电机要求有适当的绕组端部空间，否则应降低不同相之间线圈表面采用成型绕组的高压电机具有应力梯度材料，通常具有非线性阻抗特性，与每个端部的应力控制层重叠，以削弱应力控制层和绕组端部连接处（见图34）的高压应力。运行经验表明，高频电压可显著增加导电材料和梯度材料的介电发热，使传统的电压应力控制材料快速降解。因为较高频率也会导致碳化硅材料对线圈表面电压的作用降低，降解会加剧，这将导致热量集中至铁心端部附近的较短区域。制造商和研究者正在研究电容性梯度结构以解决IECTS60034-18-42定子——变频器额定视在功率较低，同步电机可为额定单位功率因数；——电机损耗可能较低，对系统效率而言应考虑变频器的损耗评定；12.2损耗及其影响此外，应当说阻尼笼起动同步电机所有导条的损耗是12.3噪声、振动和扭转振荡12.5轴承电流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2——连接电机且可控自换向的逆变器。生的磁场，随基波电流磁场同向（或逆向）旋转，谐波幅值与1/n成比例。电机相电压在电流所有换向定子绕组是换向回路的一部分。因此，电机应按低漏感设计，变频器制造商在合理设计换向电容13.2损耗及其影响尽管相电压接近正弦波，换向过程中跟槽漏磁通快速变化相关的电流跳变仍然会产生附加铁耗），GB/T21209—20XX/IECTS60034-2由谐波产生的另一个主要附加损耗是鼠笼的绕组损耗，因近似于谐波电流高频（n-1）f1而产生。因此电流源型变频器供电电机满载时的附加损耗，通常比PWM变频器供电的同一台电机附加损耗要高。例如，图37圆柱图显示了由包含不同谐波分量的不同变频器供电及由正弦波供电时，特定电机（机座号315M，N设计）的计算损耗对比。这个示例说明了现今最广泛使用的变频器系统不同类型损耗的相对重要性。这一对比不能迁移到其它变频器供电的笼型感应电机和其它类型的变频器上（调制方案和脉冲频率不同）。为有利于比较，变频器运行时的基波电压和电流假定与额定条件下相根据图37看出，电流源型变频器比电压源型变频器谐波损耗高。在部分负载时差值减少，因为对A-定子绕组损耗GB/T21209—20XX/IECTS60034-2电流谐波会在定子绕组上产生附加损耗，11.3.1给出的定子绕组线匝高度对附加损耗影响的说明，对电流源型变频器供电电机特别重要。为正弦波电压供电设计且额定功率在兆瓦范围内的电机多股导线，数毫米的高度是正常的。为了降低附加损耗，建议电流源型变频器供电电机设计时使用较细的多13.3噪声、振动和扭转振荡谐波基波（极对数P）和基频交互产生额外的电磁噪声。径向力波会引起电磁噪声发射，波形模式为r=0或r=2，频率分别为fr=(n±1)f1(n=1，2，3…)。13次以上谐波幅值较小，通常可忽略不计额外的电磁噪声频率小于1kHz，远小于高得多的定子共振频率。同一台电机由变频器供电运行与由正弦波供电（相同电压U1、频率f1和负载）运行时相比较，产生的噪声增量相对要小（1dB～5dB范 电流源型变频器对笼型感应电机性能最大的负面冲电路中，具有6倍和12倍于运行频率(f1)的振荡转矩具有实用价值，该转矩的幅值分别约为额定转矩的15%（频率为6×f1时）和5%（频率为12×f1时）。另外，由于直流中间回路的纹波产生的谐波也会产生振荡转矩，这些转矩的频率为6（f1-fp）和12（f1-fp其中fp为主功率频率。中间回路电流纹波基于这些脉动转矩，强烈建议对成套旋转总成进行仔细的扭转分析。如果在转速设定范围内某一扭转临界转速与脉动转矩频率一致，则不允许在此转速下连续运行，可能会有危险。特别是使用仅有如13.1所述，电机相电压在电流所有换向区间均包含瞬态值。这些瞬态应力施加于绕组绝缘结构。然而，自逆变器配备了晶闸管以后，便不再需要采用加强的绝缘结构来应对非极限值下的峰值和冲击13.5轴承电流实际经验和试验表明，电流源型变频器供电电源对轴电压的影响很小，因此不需要使用特殊方法六相绕组通常由两组完全相同的三相绕组相对偏差30/p相位角进行连接。如13.1所述，两组绕组这一布置有其优点，两组绕组5次、7次谐波电流产生的气隙磁场相互抵消。因此，这些谐波不会产生转子损耗，也没有6倍于基频的脉动转矩存在。脉动转矩的频率可表达为12kf1（k=1；2；ⅆ)。GB/T21209—20XX/IECTS60034-2静态励磁或无刷励磁同步电机也能由负载换相式电流源型变频器（LCI）供电，对电机而言，这类电源类似于方波型电流源型变频器。需要使用阻尼绕组来降低谐波磁场引起的脉动转矩。如使用实心连接到电机的逆变器为负载换相式，同步电机运行在过励磁以提供逆变器换向所必需的无功功率，这一情况下，无功功率不是由变频器提供，而在感应电机中有功功率和无功功率均由变频器提供。因此，同步电机配套的变频器可设计得更小巧和更另一独特的特征是同步电机仅能够在运转而不是静止时产生无功功率。因此，没有额外措施如直流脉冲调制是不可能起动的，借以这一措施可在非常低的转速包括静止时产生换向操作所必需的无功图33所示六相布置可看作两个六脉冲电流源型变频器分别向电机两个三相绕组之一供电。或者，在这两个六脉冲变频器和三相电机之间使用一个三绕组变压器来设计真正的12脉冲布置。这一布置消GB/T21209—20XX/IECTS60034-2除了变压器中的-5f1，+7f1，-17f1，+19f1…等频率（降低定子绕组附加损耗）。此外，如某些运行模式八极或八极以上电机通常为带叠片极或极靴的凸极式电机，极靴中包含阻尼笼。对四、六极电机，叠片隐极式、叠片凸极式或实体凸极式转子都很常见。两极电机通常为隐极式转子，带有叠片或实体活动部分。隐极式转子通常含阻尼笼。实体凸极式转子中，阻尼电流将会流经极靴的实体表面。同实种设计的总体效率不可能给出一个综合完整的说明，因为凸极式电机比隐极式转子电机天生具有较低14.2损耗及其影响电流谐波产生附加损耗，需要对阻尼绕组进行合理设计，特别是六脉冲变频器供电的三相电机。14.3噪声、振动和扭转振荡14.5轴承电流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2Ic逆变器输出电流变频器输出端使用逆变器输出电流脉宽调制（PWM）并结合滤波电容器，可显著降低电流源型变频器产生的谐波电压和谐波电流。图40所示，电机电流和电压15.2损耗及其影响因为相对较低的电压和电流谐波分量，附加铁耗要小于电压源型变频器供电电机。不会产生预期明显的换向损耗。定子绕组中的附加损耗可与电压源型变频器供电电机相比较，因此通常不需要进行注：尽管脉宽调制电流源型变频器的谐波电压比那些电压源型变频器要低，它们的频率也要低，但对谐波电流相15.3噪声、振动和扭转振荡15.5轴承电流GB/T21209—20XX/IECTS60034-216转子回路上由电压源型变频器供电的绕线转子感转子回路上由电压源型变频器供电的滑环式电机通常作为功率范围100传动设备转速由公式n=(f1±f2)/p确定，其中f1为基频，f2为变频器输出频率。通过这一方法，电机系统最大的优点在于变频器不需要设定为感应电机满载额定功率值，仅作为功率因数修正情况下16.2损耗及其影响因为定子绕组直接与电网相连，定子电流谐波分量很低，附加损耗可忽略不计。对转子绕组，按第5章的规定。应特别考虑转子绕组中的电流位移：对额定功率在兆瓦范围内的绕线转子感应电机，转子绕组通常由实体铜导条制成。因为双馈电机转子频率可超10Hz，电流位移可增加转子绕组的有效欧姆电阻，显著增加转子绕组损耗。应考虑这一影响，以及转子16.3噪声、振动和扭转振荡因为定子绕组直接与电网相连，其绝缘电应力并未与普通定速电机有所不同。对转子绕组，按16.5轴承电流GB/T21209—20XX/IECTS60034-2GB/T21209—20XX/IECTS60034-2交交变频器没有中间直流回路，它由三相电机每一相的分支变频器共同组成。为产生正弦波输出电流，这些分支变频器被独立控制并通过电网直连到电机相位一段时间。输出频率比图41交交变频器尽管电流可控制为接近正弦波，交交变频器操作意味着电压施加于电机上。其次，移相电压来自两个变频器系统，一台电机使用两个圆周移位绕组系统的移相电压供电是没有好处的。当使用两个变频器系统时，输出电压应同相位，电机绕组系统应没有圆周移位。或者，变频器系统可串联形成一个12脉冲变频器。自从变频器配备了晶闸管以来，通常不再需要采用加强的绝缘f=(1+6g1)f1+g2zpfmains(2)g1,g2=0；±1；±2；ⅆ得出振荡转矩频率f=6g1f1+g2zpfmains。转矩振荡幅值相当低，但随着变频器输出频率的增加而增加。尽管文献中并不经常提到g2=0的谐波分量，它们还是会在正负极半波间短时无电流时产生。17.2转子回路上由电流源型变频器供电的绕线转子感应（异步）电机这种布置被称为次同步（或超同步）变频器级联（SSCC）。绕线转子感应电机定子直接与电网相连。滑环与电流源型变频器相连，这样就能把转子电气回路中出现的电能sPδ(s为滑环，Pδ为电网能耗假定转速控制范围限定在（1-smax）n0～n0之内，与变频器供电笼型感应电机相比，这一布置的优转子电流包含n=+1，-5，+7，-11，+13…次谐波，会在转子绕组中产生附加损耗。绕线转子感应电机转子绕组通常为导条型，这种情况下电流位移会导致附加损耗明显上升。自从变频器配备了晶闸GB/T21209—20XX/IECTS60034-2被认为能够适合在变频器上运行而列入库存。为确保标准的电机绝缘能够适应变频器运行，IEC60034-18-41中规定了IVIC的C/B类，变频器产生的脉冲适合IVIC的C/B类电机或符合IEC60034-18-42标准的绝缘系统，变频器产生的脉冲适合IVIC的5/4类电机。了解这一点是有好处的，但对一台变频器适用型电机而言这并非是至关重要的唯一的性能特征。还应定义其他性能特征。第18条定义了使用非专为变频器运行而设计的而是期望成为一台变频器适用型电机时应当考虑的因素和要求18.2变频器运行时的转矩降低电机由变频器供电在额定频率运行时所产生的转矩由于温升增加（谐波损耗）通常要比正弦电压供电时的额定转矩低。另外的原因也可能是由于变频器电压的下降。要保持额定转矩可能会减少绝缘图44中的实线指的是变频器使电机主磁通保持不变时的输出电压和频率的关系曲线，该主磁通与正弦电压供电时近似相同。如果已知变频器输出的谐波频谱，电机制造商就能够确定该运行点的电机GB/T21209—20XX/IECTS60034-2温升。温升取决于该电机的设计及其冷却方式（IC01或IC01是该特定电机的热裕度。计及这些影响，在额定频率时电机转矩降低因数典型值为0.通常，实际上变频器的定额运行并不意味着在额定频率时基波磁通与正弦电压供电时的磁通一样。电机在额定频率时的同步转速以下的速度调节范围内，若电机定子绕组电阻与电抗相比可以忽略，应用U1/f1=常数的控制规则，则可获得电机的最大转矩为一恒量。为了补偿电机定子电阻的影响，有些变频器将特性设计成图44中的虚线所示特性对于图44中电压和频率标么值在1.0以上的运行点，变频器输出电压在频率增加时通常保持不变（弱磁范围）。一旦运行在这个范围，电机的转矩降低因数将会变化使转矩迅速降低，转矩特性如图图45给出了一台典型电机转矩降低曲线的实例。如变频器的谐波频谱和电压—频率特性已知，电机制造商可以提出这样的转矩曲线。因涉及循环冷却或独立循环冷却），不可能给出适用于所有情况的转矩降低曲线。随着脉冲频率的增加，转GB/T21209—20XX/IECTS60034-2CS曲线显示了自冷电机的连续转矩与速度曲线的典型性态。为满足设计工作温度所需的降额参见附录当电机被声明为具有转换器功能时，制造商应在文件中说明在低于额定速度下运行时预期的转矩——恒转矩应用——当在保持恒定输出转矩的同时降低运行速度时，由于冷却的减弱，电机运行的速度范围适用于恒转矩操作。无法给出一般规则。用户应利用制造商提供的有关——恒功率应用——恒功率应用通常涵盖高于额定的速度并在弱磁范围内运行。在这样的操作条件下，空气流量相对于额定操作点增加，并且速度上限通常与机GB/T21209—20XX/IECTS60034-2具有不同冷却装置（例如，IC416，独立冷却，或IC410，自然冷却）的电机运行速度降低时，冷却效率并未降低或其影响可忽略不计，因此不受上述限制。它们通常被声明为具有恒定的连续转矩-速），注1：由于在较低的电源频率下铁损会降低，因保留设计余量；然而，这种效果可能非常明显，通常用于要求一