1.9 使用快速开关功率器件（IGBT）的影响（下）

无尽虚空

对于在接线盒和外壳之间具有大面积、充分导电连接的电机，不需要额外的连接，可以省略。 西门子SIMOTICS M系列紧凑型异步电机1PL6、1PH7和1PH8以及SIMOTICS FD电机都采用这种连接方式，因为它们是专门为变频器驱动而设计的。

电机壳体、变速箱和被驱动机器之间高频优化连接[4]，[5]
另一个等电位连接措施是用具有良好高频特性的导体将马达壳体连接到齿轮箱和被驱动机器。 为此，还应使用由大截面(≥95mm2)的细绞编织铜缆制成的导线。

频器与地之间的最佳高频连接 [6]
作为一种最终的等电位连接措施，变频器为高频电流必须与基础地进行牢固的连接。 为此，还应使用由大截面(≥95mm2)的细绞编织铜缆制成的导线。

接地和等电位联结措施概述
下图以包含几个SINAMICS S120机柜模块的典型装置为例，说明所有接地和高频等电位连接措施。

减小轴承电流的接地和高频等电位连接措施

黑色所示的接地连接[0]表示驱动组件的传统保护接地系统(PE)。 它们采用标准的没有特殊高频特性的大功率PE导体制造，确保低频等电位连接以及保护免受伤害。

上图中SINAMICS变频柜内部的红色连接[1]为集成的变频装置的金属外壳与机柜的PE母线和EMC屏蔽母线之间的高频电流提供了牢固的连接。这些内部连接可以通过大面积使用机柜的非隔离金属结构部件来实现。在这种情况下，接触面必须是裸露的金属，每个接触区域的最小横截面必须为几cm2。 或者这些连接可以用短的、细绞的、大截面(≥95mm2)的编织铜线来实现。

上图中橙色[2]所示的电机电缆屏蔽层为电机模块和电机接线盒之间提供高频等电位接合。 在已安装无屏蔽电缆的旧设备中，或在所用电缆屏蔽层的高频性能较差的旧设备中，或在接地系统差的旧设备中，绝对有必要安装上图以红色并行所示的细绞编织铜电缆，并尽可能靠近电机电缆。

上图红色[3]、[4]和[5]所示的连接分别为电机接线盒和电机外壳、电机外壳和齿轮箱、齿轮箱和被驱动机器之间提供导电的高频连接。如果电机结构在接线盒和外壳之间能提供导电的高频接合，并且如果电动机、齿轮箱和被驱动机器都非常接近并且都通过共享的金属结构（例如金属机台）在大面积上导电接合，则可以省略这些连接。

上图红色虚线[6]所示的连接在变频柜框架和基础接地之间通过大截面(≥95mm2)的细绞编织铜电缆提供导电的高频连接。

上述等电位结合措施实际上可以消除转子轴电流。 因此，可以省去电动机和齿轮箱/被驱动机器之间的绝缘联轴器。 在由于各种原因不能使用绝缘联轴器的情况下，这始终是一个优势。

电机的非驱动端（NDE）绝缘轴承
除了可本质上防止转子接地电流的EMC兼容安装外，在非驱动端(NDE)使用绝缘轴承的电机是降低轴承电流的第二个最重要的措施。

从本质上说，绝缘的NDE轴承通过显著增加包含轴- NDE轴承-电机外壳-轴承-轴的电路的阻抗，减少了电机的电容性环流。由于环形电流与电机轴高度成正比，因此在大型电机上安装绝缘NDE轴承显得尤为重要。

在非驱动端，西门子SIMOTICS SD系列1LG标准电机在轴高为225或更大时，提供了非驱动端绝缘轴承的选件(选件代码L27)，如果这些电机是由变频器驱动，强烈推荐使用这种选件。所有型号为1LA8、1PQ8和1LL8的SIMOTICS TN系列紧凑型标准电机是为变频驱动而设计，标配有非驱动端绝缘轴承。

在有速度编码器的系统中，必须确保编码器不以桥接轴承绝缘的方式安装，即编码器安装必须是绝缘的，或者必须使用带有绝缘轴承的编码器。

其他措施
在变频器输出端安装电抗器或滤波器

在几乎所有应用中，为了使轴承电流保持在非临界水平，即使在最坏的情况下，轴承中发生由于电火花加工效应而引起的随机破坏性放电，电磁兼容安装和使用带有绝缘NDE轴承的电机都是足够的措施。

只有在特殊情况下才有必要采取额外措施进一步降低轴承电流。

这可以通过由高磁导率材料制成的环形磁芯组成的共模滤波器来实现。 它们安装在变频器输出端，并包围电机的所有三相电缆。 这些滤波器对流入地的高频电流（电火花加工电流和转子轴电流）表现出很高的电阻，并能相应地降低它们。

由于西门子SINAMICS驱动器一般不需要共模滤波器，因此不提供共模滤波器作为标准选项，只能根据要求提供。

一般而言，在变频器输出端实施的所有降低电压上升率dv/dt的措施都会对电机中的轴承电流水平产生积极影响。

电机/输出电抗器根据电机电缆长度降低电机上的电压上升率。 虽然它们基本上有助于降低轴承电流，但不能认为它们可以替代符合EMC标准的安装和使用具有绝缘NDE轴承的电机。

dv/dt滤波器和正弦波滤波器降低电机电压上升率的能力一般不受电机电缆长度的影响，其dv/dt值低于电机电抗器获得的dv/dt值。 特别是使用正弦波滤波器获得的值明显较低。

因此，当在变频器的输出端安装dv/dt滤波器，或者尤其是正弦波滤波器时，可以省去绝缘电机轴承。


电机轴用接地电刷接地
轴接地电刷也可以减少轴承电流，因为电刷会使轴承短路。在西门子SIMOTICS SD系列1LG6变频驱动的轴高280及以上的电机中可选配接地电刷。

然而，轴接地电刷也存在一些问题。 对于功率较小的电机来说，它们很难制造，对污染很敏感，并且需要大量的维护。 因此，轴接地电刷通常不是低至中等功率范围内低压电机的推荐解决方案。

IT 供电系统
在IT系统上运行时，变压器中性点不像TN系统那样接地。 接地连接本质上是纯容性的，导致高频共模电流流过的电路中的阻抗增加。 其结果是共模电流降低，因此轴承电流也降低。 因此，就轴承电流而言，不接地的IT系统比接地的TN系统更有利。

1.9.5 轴承电流类型及对策综述

下面的概述给出了不同类型的轴承电流，它主要取决于轴的高度以及定子和转子的接地条件。

如果转子通过导电联轴器和接地良好的被驱动机器或负载而良好地接地，但定子由于安装不符合要求而接地不良，则转子接地电流变得占主导地位，这会迅速损坏电机和所驱动机器或负载的轴承。因此必须确保定子在符合EMC要求的安装中正确接地和/或通过绝缘联轴器绝对避免这些情况。

如果通过EMC兼容安装的接地良好的定子和/或隔离联轴器来防止转子轴电流的发生，则在轴高最大到100的较小电机中EDM电流占主导地位。 循环电流在这里起次要作用。 由此产生的轴承电流对轴承来说处于低风险水平，通常不需要采取进一步的措施。 随着轴高的增加，EDM略有变化，而循环电流不断增加。 从225的轴高开始，循环电流成为轴承的主导和关键。 因此，从225的轴高开始，非常推荐在电机的NDE上使用隔离轴承。 这尤其适用于频繁地或连续地运行在低于约800-1000转/分的低速下，或速度变化非常快的场合，因为在这些运行条件下，轴承中不能形成均匀、稳定的润滑膜。

在变频器的输出端基本上可以使用dv/dt滤波器或正弦滤波器，来替代电机中的隔离轴承。

以下图解说明了为防止轴承电流的损害而在电机上采取的措施。

SINAMICS驱动器的标准措施
1.1 驱动单台电机
● 由于安装符合EMC标准，因此等电位连接良好
● 电机NDE处采用绝缘轴承

1.2 双电机串联驱动
● 由于安装符合EMC标准，因此等电位连接良好
● 电机NDE处采用绝缘轴承
● 两个电机之间用绝缘联轴器


只能实现中等有效等电位连接的装置中的措施
如果在安装中可实现的等电位接合的质量仅中等有效（例如，由于接地系统差、电缆屏蔽具有中等高频特性、变频器与电机之间的距离大、电机与被驱动机器或负载之间的距离大），则建议在电机与被驱动机器或负载之间安装绝缘联轴器，以便可靠地消除转子接地电流的风险。
2.1 驱动单台电机
● 只能实现中等有效等电位连接的安装
● 电机NDE处采用绝缘轴承
● 电机与被驱动机器或负载之间采用绝缘联轴器

2.2 双电机串联驱动            

● 只能实现中等有效等电位连接的安装
● 电机NDE处采用绝缘轴承
● 两个电机与被驱动机器或负载之间采用绝缘联轴器

只能达到极差等电位连接的装置中的措施
如果设备中可实现的等电位接合质量非常差（例如，由于极差的接地系统、非屏蔽电缆、变频器与电机之间的距离非常大、电机与被驱动机器或负载之间的距离非常大），则建议在超过约1至2MW的大功率驱动系统中实施以下措施（通常与高压电机一起使用）：两个绝缘电机轴承与轴接地以及电机与从动机器或负载之间采用绝缘联轴器。
3.1驱动单台电机
● 只能实现极差等电位连接的安装
● 电机中采用两个绝缘轴承且轴两端接地
● 电机与被驱动机器或负载之间采用绝缘联轴器

3.2双电机串联驱动   
● 只能实现极差等电位连接的安装
● 两个电机中均采用两个绝缘轴承且轴一端接地
● 负载侧电机和被驱动机器或负载之间采用绝缘联轴器

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