高速主轴电力系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种高速主轴电力系统，包括变频器、谐波抑制装置以及高速主轴电机，谐波抑制装置通过电缆与高速主轴电机电连接，谐波抑制装置包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电感、第二电感和第三电感的一端均与变频器电连接，另一端均与电缆电连接，谐波抑制装置的工作频率为100Hz～1700Hz，高速主轴电机的转速为0rpm～28000rpm。与现有技术相比，本实用新型专利技术通过在变频器和高速主轴电机之间连接谐波抑制装置，很好地抑制了轴电压、轴电流和漏电流等以及高频运行时产生的电磁干扰，使得高速主轴电力系统运行更稳定，延长了高速主轴电机的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统，特别涉及一种高速主轴电力系统。
技术介绍
采用变频调速装置的高速主轴电力系统中，负载电机的端电压不再是电网供给的标准正弦波，而是由逆变器输出的一系列PWM(脉冲宽度调制)脉冲电压。如果变频器直接驱动电机时，电力电子器件例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的高速开关特性使得电机端产生高频谐波的共模电压和差模电压，并由此产生轴承电流、共模漏电流以及严重的电磁干扰，甚至影响系统内其他设备的正常运行。尤其是当高速主轴电机在高速运行时，变频器输出的PWM脉冲电压使得电机端产生很高的共模电压，并由此产生轴电流、共模漏电流以及严重的电磁干扰，从而加速了电机绕组的绝缘老化过程，造成电机绝缘损伤，甚至绝缘击穿，缩短了电机的使用寿命。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中变频器直接驱动电机存在的高频谐波共模电压和差模电压以及由此产生的轴电流和共模漏电流等缺陷，提供一种能够滤除高频谐波且运行稳定的高速主轴电力系统。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种高速主轴电力系统，其特点在于，包括一变频器、一谐波抑制装置以及一高速主轴电机，该谐波抑制装置通过电缆与该高速主轴电机电连接，该谐波抑制装置包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，该第一电感、该第二电感和该第三电感的一端均与该变频器电连接，该第一电感、该第二电感和该第三<br>电感的另一端均与该电缆电连接，该第一电阻的一端与该第一电感的该另一端电连接，该第一电阻的另一端与该第一电容的一端电连接，该第二电阻的一端与该第二电感的该另一端电连接，该第二电阻的另一端与该第二电容的一端电连接，该第三电阻的一端与该第三电感的该另一端电连接，该第三电阻的另一端与该第三电容的一端电连接，该第一电容、该第二电容和该第三电容的另一端均与一公共端电连接，该谐波抑制装置的工作频率为100Hz～1700Hz，该高速主轴电机的转速为0rpm～28000rpm。本方案中，变频器输出的电压为脉冲式直流电压，电压变化率dv/dt可以达到几KV/μs，空载时模块以6～8KV/μs的速度进行转换。当直接连接高速主轴电机时，转换速度降到2KV/μs，这些尖脉冲引起的过电压将会破坏高速主轴电机的绝缘。本方案中的谐波抑制装置是一个无源的四序装置，串联于变频器和电缆之间，在不同的工作频率下选择不同值的电感、电容和电阻，用于限制电压上升率和限制电机绕组的瞬态电压尖峰达到临界值，从而延缓高速主轴电机的绝缘老化。当电缆的长度较长时，该谐波抑制装置还能够降低单位长度的电机电缆的负载电流峰值。较佳地，该电缆的长度为2m～5m。较佳地，该第一电阻、该第二电阻和该第三电阻的阻值范围为11.2mΩ～36.8mΩ，该第一电感、该第二电感和该第三电感的电感量范围为181.86μH～2450μH，该第一电容、该第二电容和该第三电容的电容值范围为9μF～20.1μF。较佳地，该谐波抑制装置的功率范围为7.5KW～15KW。谐波抑制装置的功率与变频器的功率相匹配。本技术的积极进步效果在于：与现有技术相比，本技术通过在变频器和高速主轴电机之间连接谐波抑制装置，很好地抑制了由共模电压和差模电压引起的轴电压、轴电流和漏电流等，尤其是变频器在高频运行时产生的电磁干扰，使得本技术的高速主轴电力系统运行更稳定，精度更准确，也相对减小了高速主轴电机的运行电压和电流，从而延长了高速主轴电机的使用寿命。附图说明图1为本技术实施例的高速主轴电力系统的结构框图。具体实施方式下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本技术。一种高速主轴电力系统，如图1所示，包括变频器11、谐波抑制装置12以及高速主轴电机13。其中，变频器11包括整流装置和逆变装置，变频器11分别与频率为50Hz的380V三相交流电压和谐波抑制装置12电连接，谐波抑制装置12通过电缆14与高速主轴电机13电连接，高速主轴电机13的转速范围为0rpm～28000rpm。谐波抑制装置12包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2以及电阻R3，电感L1、电感L2和电感L3的一端均与变频器11的逆变装置的输出端电连接，电感L1、电感L2和电感L3的另一端均与电缆14电连接，电阻R1的一端与电感L1的该另一端电连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端电连接，电阻R2的一端与电感L2的该另一端电连接，电阻R2的另一端与电容C2的一端电连接，电阻R3的一端与电感L3的该另一端电连接，电阻R3的另一端与电容C3的一端电连接，电容C1、电容C2和电容C3的另一端均与公共端O电连接。如图1所示，设R1＝R2＝R3＝Rf，C1＝C2＝C3＝Cf，V′1，O、V′2，O和V′3，O分别为长线电缆的输入端与公共端O之间的电压值，iO1、iO2和iO3分别为电阻R1、电阻R2和电阻R3中的电流，谐波抑制装置输出的三相电压分别为：V1,O′=iO1Rf+∫iO1dt/CfV2,O′=iO2Rf+∫iO2dt/CfV3,O′=iO3Rf+∫iO3dt/Cf---(1)]]>其中，iO为谐波抑制装置与公共端O支路上的电流，iO1+iO2+iO3＝iO    (2)由式(1)和式(2)可推导出：V′1，O+V′2，O+V′3，O＝(iO1+iO2+iO3)Rf+∫(iO1+iO2+iO3)dt/Cf        ＝iORf+∫iOdt/Cf    (3)因此可得高速主轴电机的对地电容Cm的电压值VCm，VCm＝(V1+V2+V3)/3＝(V′1+V′2+V′3)/3    (4)其中，V′1＝V′1，O+VOn，V′2＝V′2，O+VOn，V′3＝V′3，O+VOn，V1、V2和V3分别为谐波抑制装置的输出电压值，V′1、V′2和V′3分别为谐波抑制装置的输入电压值，VOn为公共端O的电压值。由此可知，通过选择适当的Rf和Cf可以大大地减小电机端的共模电压幅值，从而起到降低共模dv/dt的作用。其中，Rf的值越小且Cf的值越大，共模电压的抑制作用越明显。当Rf＝0，Cf＝60时，谐波抑制装置也能有效的抑制PWM逆变器在电机端产生的共模电压幅值和dv/dt。高速主轴电力系统中的谐波抑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速主轴电力系统，其特征在于，包括一变频器、一谐波抑制装置以及一高速主轴电机，该谐波抑制装置通过电缆与该高速主轴电机电连接，该谐波抑制装置包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，该第一电感、该第二电感和该第三电感的一端均与该变频器电连接，该第一电感、该第二电感和该第三电感的另一端均与该电缆电连接，该第一电阻的一端与该第一电感的该另一端电连接，该第一电阻的另一端与该第一电容的一端电连接，该第二电阻的一端与该第二电感的该另一端电连接，该第二电阻的另一端与该第二电容的一端电连接，该第三电阻的一端与该第三电感的该另一端电连接，该第三电阻的另一端与该第三电容的一端电连接，该第一电容、该第二电容和该第三电容的另一端均与一公共端电连接，该谐波抑制装置的工作频率为100Hz～1700Hz，该高速主轴电机的转速为0rpm～28000rpm。

【技术特征摘要】
1.一种高速主轴电力系统，其特征在于，包括一变频器、一谐波抑制
装置以及一高速主轴电机，该谐波抑制装置通过电缆与该高速主轴电机电连
接，该谐波抑制装置包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二
电容、第三电容、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，该第一电感、该第二
电感和该第三电感的一端均与该变频器电连接，该第一电感、该第二电感和
该第三电感的另一端均与该电缆电连接，该第一电阻的一端与该第一电感的
该另一端电连接，该第一电阻的另一端与该第一电容的一端电连接，该第二
电阻的一端与该第二电感的该另一端电连接，该第二电阻的另一端与该第二
电容的一端电连接，该第三电阻的一端与该第三电感的该另一端电连接，该
第三电阻的另一端与该第三电容的一端电连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，彭文玉，薛志军，朱文君，
申请(专利权)人：科比传动技术上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31