空调永磁同步电机轴电压原理及对策

梁锐

（广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，523811）

空调永磁同步电机轴电压原理及对策

梁锐

（广东美的暖通设备有限公司，广东佛山，523811）

随着永磁同步电机在空调系统应用越来越广泛，轴电压的问题不但影响电机本身的噪音及安全稳定性，而且对整个空调系统都会带来危害。本文采用建模的方法对常见空调系统里的永磁同步电机轴电压产生的原理进行理论分析，并结合实例分析轴电压的预防和防治。

永磁同步电机； 轴电压；轴电流

0 前言

进入二十一世纪以来，随着高性能永磁材料的发展、电力电子技术的发展以及规模集成电路和计算机技术的发展使得具有本身体积小、噪音低、高功率、高转速、高力矩等优点得到越来越多的青睐。比如在传统的空调领域，使用永磁同步电机平均节电率高达10%-25%，因此替换掉原有的交流异步电动机的趋势越来越明显。但是由于永磁同步电机的控制远高于交流异步电动机，本文探讨的就是基于提升永磁同步电机控制的可靠性提升的一个课题。

1 轴电压产生的原因分析

轴电压是指电动机轴两端之间或者转轴与轴承座之间所产生的电压。产生轴电压的主要原因是由于环绕电动机轴的磁路不平衡所引起，这个不平衡的磁通切割转轴，就在轴的两端感应出轴电压轴承介于电机的主轴和轴承端盖之间，主轴和轴承端盖分离。电机的轴通过轴承的油膜与电机绝缘，所以对电机输入电压的话，轴和轴承间发生轴电压。这种电压是延轴向而产生的，如果与轴两侧的轴承形成闭合回路，就产生了轴电流。一般情况下这种轴电压大约为1-2V，正因为不高，所以很容易被设计者疏忽。

2 轴电压的危害

如果电机本身磁路设计不注意，就会导致轴电压高，有轴电流通过，就会破坏油膜的绝缘，轴承受损，并且发生放电（火花），在轴瓦和轴承处产生点状微孔，并在底部产生发黑现象。。这个重复的话，几年后轴承就满是伤痕，从而产生噪音。严重时会使轴和轴承受到损坏，运行中伴随着强烈的噪声及设备外壳带电等。比如风机在15Hz以上按PWM频率运行，如果和平常的工业用电（市电）的50Hz比较的话，在300倍以上的次数上发生轴电压。如果轴承的轴电流寿命用工业用电（市电）是30年的话，15kHz的PWM变频器是0.1年的寿命。

3 轴电压损坏分析

3.1 基于中央空调常用电机的变频驱动电路

图1 风机变频驱动电路图

根据以上，电机的端子和接地间上外加±DC300V以上的电压，轴承间发生用C1和C2、C3和C4分割了的差异的电压。

3.2 原因分析

正常的轴承内轮和外轮之间有滚珠，但滚珠和外轮、内轮间有油膜，绝缘了，所以存在着容量。内轮和外轮油膜有2～30μm的厚度，但是这是在正常的运转中的时候，运行开始、低束运转时有可能更薄。油膜如果对于滚珠是均匀存在的话，轴电压即使有几十～100V也不会发生绝缘破坏。但是，滚珠和内外轮上有伤有凸起的话，油膜上有空气的泡的话，绝缘破坏电压下降到几V。实际实验中使用了某公司的电机时就发生了损坏（DC电压11V）。

图2 故障电机实测图

轴承的油膜一被绝缘破坏，就会发生放电（火花）。一般火花的温度为5000℃以上，所以金属表面溶掉留下伤痕。因为是反复重复，所以金属表面变成条纹状磨损。这个就是造成风机噪音产生的原因。

3.3 对比分析

也正是轴电压的产生，加上电机接地的不良，导致轴电流产生，进而进一步的发生了电位腐蚀，以下测试更好的说明了这一点。

图3 无轴电流波形

对比图2它的波形就是在某个时间点开始有轴电流通过时的波形，轴电压从DC11V急速变为了零。

4 防范对策

从以上分析可以知道轴电压本身产生的来源，因此防护的对策主要从以下方向着手。

（1）从电机本体设计上尽量·减少电机的不对称度。

（2）电机本体做好绝缘，充分保证电机的接地可靠。

（3）使用绝缘转子，加强绝缘，切断轴电流的回路。

5 结论

从以前的例子来看，电腐蚀引起的噪音发生一般在使用开始的几年后。家用空调的情况，即使一栋房屋有几台的空调，但是开始使用时间或许会有不同，所以同时发生电腐蚀并引起噪音的情况很少。但中央空调的情况，相同建筑物里同时期安装多量的空调，几年后同时有噪音发生，那导致大问题发生的可能性很高。在日本，轴电流引起的电腐蚀一直都存在，但轴电压发生的原理和轴电压的正确的测量方法都不太清楚，所以对策也不是很充分明确。

并且日本的电源电压为AC100V，轴电压很低，这也可以考虑为没有把问题充分解决的原因。

而中国、美国、欧洲因为采用DC风机比较迟，所以好像还没有很大的问题发生，但因为是AC220～240V的电源，以后确实会发生问题的。因此，轴承的电腐蚀必须在开发阶段就必须要重视并预防。

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安捷伦科技公司在 HPLC 2017 会议上推出全新分析和纯化解决方案

2017年6月20日，北京——安捷伦科技公司,宣布推出几款新产品以完善InfinityLab LC 系列，这些全新InfinityLab仪器、色谱柱、备件产品可与 Agilent OpenLAB 软件和Agilent CrossLab 服务无缝协同工作，为客户提供高效的工作流程。

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作为可进行更标准的 HPLC 分析的全新旗舰产品，1260 Infinity II Prime 液相色谱系统能够为常规分析提供出色的性能，并为全新 Agilent Ultivo 三重四极杆质谱系统提供理想的前端。

1260 Infinity II Prime 液相色谱为 1260 Infinity II液相色谱产品系列提供了更为便利的标准、扩展的压力范围（高达800 bar）、卓越的四元混合以及专门设计的色谱柱。 该自动化仪器能够减少手动进样，从而提高分析实验室效率。最初只可用于1290 Infinity II 液相色谱系统的智能系统模拟技术(ISET) 能够确保许多安捷伦和第三方旧仪器之间的无缝方法转移。

1260 Infinity II Prime 液相色谱更加便于使用，其具有突出显示的全新本地用户界面 — Agilent InfinityLab 液相色谱配套产品。

基于最新技术改进的全新 1260 Infinity II SFC 系统，可为超临界流体色谱 (SFC) 提供出色的性能。 该系统不仅能够通过 SFC 实现高速分离，也能确保实验室通过更换常用于正相液相色谱的有毒和易燃溶剂节省资金并减少污染。

1260 Infinity II SFC 系统提供多种配置方案，对于混合型SFC/UHPLC系统执行的SFC和LC运行结果，安捷伦能够让实验室对这些结果进行比较，或者在方法开发设置中使用多达 32 根色谱柱和 12种溶剂进行手性分离条件筛选。

安捷伦科技公司副总裁兼液相分离事业部总经理 Stefan Schuette 表示：“安捷伦坚信通用方法不能满足全球液相色谱实验室的性能、功能和预算需求，因此我们将在布拉格举办的 HPLC会议上推出一系列全新安捷伦产品，包括从一维液相色谱到二维液相色谱、从反相液相色谱到 SFC 以及从分析型纯化到制备型纯化的全套液相分离产品系列。”

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