在前幾期文章現代E-GMP-驅動電機那些事（續）中，我們提到了電機中性點。今天我們來談談與電機中性點相關的其他問題—電機軸承電腐蝕。

現代E-GMP—驅動電機那些事（續）

早在驅動電機軸承電腐蝕原罪—趨膚效應文中，軸承電腐蝕也有部分提及。

驅動電機軸承電腐蝕原罪—趨膚效應

壹 共模電壓

談到電機軸承電腐蝕，首先要提到的就是共模電壓，因為，在逆變器供電的電機系統中，電機的軸電壓和軸承電流的根源在于電機的共模電壓。那么，什么是共模電壓呢？百度百科的解釋如下

為了更好的理解，我們先來看下現在三相驅動電機PWM變頻控制。

逆變器通過上下橋臂的開關管組合開通、關斷，使逆變器輸出側輸出一系列等幅不等寬的脈沖電壓來等效為正弦交流電。關于如何將電池的直流電轉換成驅動電機的交流電，可關注綠芯之友—直流變交流！輕松看懂逆變器工作原理。

在傳統三相交流供電電機系統中，定子繞組接三相對稱電源，定子繞組中性點電壓為零；而在PWM變頻供電電機系統中，任意時刻電機定子繞組中性點電壓不為零。

不為零的中性點對地電壓，就是我們所說的電機共模電壓。也就是說在PWM變頻系統中，電機共模電壓是一直存在的，共模電壓的幅值大小與母線電壓成正比，而其頻率與變頻器的載波頻率有關。

貳 軸承電腐蝕

簡單了解完共模電壓，我們就要來聊聊本文的主題-電機軸承電腐蝕。軸承電腐蝕并不是一個最近才存在的問題，早在 20世紀初期就已經被認識。近些年，隨著乘用車電機功率、尺寸增大，軸承電腐蝕問題日益嚴重。在經歷了100多年的發展，軸承電腐蝕理論也在不斷的被完善。電機軸承電腐蝕機理可概況如下，根源還是上述所說的PWM導致的共模電壓。

貳 容性軸電壓

容性軸電壓也被稱為鏡像軸電壓。如果軸承油膜是完好的，那么軸承處會鏡像一個共模電壓（軸承處于共模串并聯電路中一環，等比例分壓）。軸承共模電壓峰值/電機共模電壓峰值定義為軸承分壓比BVR。隨著平臺電壓的升高，BVR會不斷增大。

電機從某種角度來說是個很大的電容。一方面，定子繞組分布在定子槽內（銅線表面本身有絕緣材料），通過槽絕緣與定子鐵芯隔開；另外一方面，定子鐵心與轉子之間通過氣隙隔開。

電機內部主要電容如下。需要注意的是，在接地的情況下，電機殼體電位為0，因此定子鐵芯電位也為0。

Cwf-繞組與定子間的電容

Cwr-繞組與轉子間的電容

Crf-繞組與轉子間的電容

Crf-繞組與轉子間的電容

Cb-軸承的電容

因此，因寄生電容產生的軸電壓回路可簡化如下，這也可以更好的理解為什么是容性電壓被稱為鏡像電壓的原因

前面談到，鏡像電壓的前提是軸承油膜是完好的。無論是脂潤滑軸承還是油潤滑軸承，如果油膜絕緣功能未失效，即使軸電壓很高，容性軸電流并不會產生。當油膜失效后，電壓才會產生電流，繼而導致軸承電腐蝕失效。

三 高頻感應軸電壓

共模電壓產生容性軸電壓的同時，還會產生高頻感應軸電壓。共模電壓產生共模電流，共模電流產生共模磁通，通過磁通產生感應電動勢，即感應軸電壓。共模電流的流通路徑：通過定子繞組進入電機，流經定子硅鋼片疊片，由電機外殼接地流出。電機共模電流也被稱為接地電流，共模電流簡易公式：i=C*（dv/dt）。

當電機轉速較低時，油膜絕緣尚未完全建立，感應軸電壓產生環路軸承電流；當電機轉速較高時，運行較長時間或者軸承溫度較高后，油膜潤滑性及絕緣性能下降，感應軸電壓也會產生環路軸承電流。這兩種情況下環路軸承電流將取代放電軸承電流成為軸承電流的主要成分。研究表明：環路軸承電流被證明只和共模電流有關。

肆 總結

寄生電容產生的容性電壓在生活中較為普遍。比如，變頻器柜體（接地不良）在運行的過程中，觸摸會有輕微觸電感覺（人體觸摸，相當于系統通過人體導電）。

當一個軸承內產生放電軸承電流時，另一個軸承也會成為放電路徑，但是電流值很小。

軸電壓由容性電壓和共模電流感應電壓組成，母線電壓只影響容性電壓，dv/dt影響感應電壓。

低轉速時，軸承油膜并完全建立，此時軸電壓較小。

變頻器的載波頻率即開關頻率的增加，對電機電容以及共模電壓dv/dt沒有影響。只是改變了共模電流的脈沖“個數”，每個脈沖的峰值不變。因此開關頻率并不會直接改變軸電壓峰值，但是會增加失效風險。

同理，逆變器關斷延遲和死區時間，對軸電壓峰值也沒有直接影響。

在母線電壓不變的情況下，軸電壓受工況影響較大（工況影響dv/dt）。

軸承電腐蝕是一個系統性的工作，涉及逆變器、電機、軸承、系統潤滑等方面。目前量產解決方案相對豐富，本文不再進行拓展，有興趣歡迎私信交流。