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#轴电流#轴承绝缘对双馈异步发电机高频轴电压和轴电流的抑制效果( 二 )


有学者针对大型双馈异步风力发电机提出一种变流器LCL滤波新方法用于抑制共模电压从而抑制轴电压 。
Gerwin Preisinger作为轴承厂家提出了混合陶瓷深沟球轴承的轴电流抑制方案 。
有学者对现有的双馈异步发电机轴电压抑制方案进行了总结 ， 并提出一个组合方案：施加共模抑制磁环 ， 安装接地电刷 ， 以及绝缘端盖和联轴器等组合抑制方案 。 并给出了采取方案前后的轴电压对比结果 。
在实际应用中 ， 风力发电机制造商为抑制轴电压、轴电流采取的方案主要是转轴经电刷接地并配合轴承部位绝缘 。 电机转轴接地 ， 可以将轴上感应的电荷经接地线引入到地 ， 从而消除轴承内外圈的电压差 ， 从理论上它可以完全解决轴电流问题 。
但电刷使用时存在磨损 ， 需要定期更换 ， 由于风力发电机安装在很高的地方 ， 电刷维修更换费用非常高 。 当电刷接触不良但没有及时更换时 ， 轴承电腐蚀引起的轴承损坏会频繁出现 。 这也间接说明单独采用轴承绝缘对轴电流的抑制效果不好 。
轴承部件的绝缘可以采取多种方案 ， 如绝缘端盖、绝缘轴承座、轴承内圈及外圈加涂层 ， 或者混合陶瓷深沟球轴承 。 轴承绝缘对轴电流的抑制机理并不明了 ， 各种方案的效果还有待比较 。
北京交通大学的研究人员针对绝缘轴承方案对双馈异步风力发电机高频轴电流抑制效果进行了研究 。 建立了双馈异步风力发电机轴电流分析模型 ， 导出轴承分压比公式 ， 把各类轴承部位绝缘用电容参数加入到轴电流等效模型中；以轴承分压比的变化来对比各类绝缘方案轴电流抑制效果；并探讨轴承绝缘位置、厚度以及材料对抑制效果的影响 。
#轴电流#轴承绝缘对双馈异步发电机高频轴电压和轴电流的抑制效果
本文插图
图2 陶瓷喷涂球轴承
#轴电流#轴承绝缘对双馈异步发电机高频轴电压和轴电流的抑制效果
本文插图
图3 混合式深沟球轴承
对于绝缘轴承座、绝缘端盖以及喷涂绝缘轴承 ， 这三种方案的原理是一样的 ， 依靠绝缘层阻抗的分压作用来减小轴承电压 。 绝缘层所在的位置、绝缘层厚度等参数会影响绝缘层电容数值 。 绝缘层电容越小 ， 效果越好 。
由于陶瓷喷涂轴承方案中绝缘层的厚度很小 ， 因此不能有效解决由变频器共模电压引起的高频轴电压和轴电流问题 。 而绝缘端盖或绝缘轴承座方案当绝缘层较厚时 ， 会对轴电压有较为明显的抑制效果 ， 但由于绝缘层厚度在工艺上的限制 ， 不可能消除轴电压 ， 仍然需要电刷将轴和地导通 ， 实现消除轴电压 。 而采用混合陶瓷轴承 ， 可以从根本上隔开轴承内、外滚道 ， 不会产生轴承电腐蚀 。
讨论绝缘方法抑制高频轴电流问题时 ， 不能仅考虑绝缘电阻对低频电流的阻断效果 ， 更要考虑绝缘层电容带来的影响 。
以上研究成果发表在2020年《电工技术学报》增刊1 ， 论文标题为“轴承绝缘对双馈异步发电机高频轴电压和轴电流抑制效果研究” ， 作者为刘瑞芳、陈嘉垚、朱健、任雪娇 。


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