Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты

Карманов Александр Валерьевич

doi:10.20295/1815-588X-2026-2-277-287

УДК

621.313.333

РАСЧЕТ ПАРАЗИТНЫХ ЕМКОСТЕЙ АСИНХРОННОГО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, УПРАВЛЯЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты

АА Аа

Опубликовано в Известия Петербургского университета путей сообщения · Страницы 277–287 · Рубрика: Проблематика транспортных систем

DOI: https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-2-277-287

Получено: 06.02.2026 Одобрено: 14.04.2026 Опубликовано: 30.06.2026

Авторы

КА

Карманов Александр Валерьевич

КА

Карманов Александр Валерьевич

ООО "Уральские локомотивы" Ведущий инженер · Региональный центр · Россия · Санкт-Петербург

Петербургский государственный университет путей сообщения Магистрант · Электрическая тяга

АННОТАЦИЯ

Цель: теоретический расчет паразитных емкостей асинхронного электродвигателя, управляемого преобразователем частоты, для создания имитационной модели. Методы: применение законов электротехники для расчета емкости плоского и цилиндрического конденсаторов и конструктивных характеристик асинхронного электродвигателя к расчету идеальных эквивалентов паразитных емкостей асинхронного электродвигателя. Результаты: предложена эквивалентная емкостная схема асинхронного электродвигателя, выполнены выделение паразитных емкостей асинхронного электродвигателя, замена их на идеальные эквиваленты. Предложены методы расчета идеальных эквивалентов паразитных емкостей тягового асинхронного электродвигателя, а также упрощенный метод оценки емкости шарикового радиального подшипника на основе оценки контактной площади зоны Герца. Выполнено сравнение данных, полученных теоретическим путем, с данными, полученными в результате проведенных измерений, и данными, приведенными в различных источниках. Предложенные методы отличаются простотой расчетов и имеют удовлетворительную точность. Практическая значимость: полученные в результате теоретического расчета данные используются в эквивалентной схеме асинхронного электродвигателя при создании модели тягового привода в среде имитационного моделирования Simulink для оценки величины приложенного к подшипнику напряжения и протекающего через него тока, определения потенциального пути протекания высокочастотного тока через подшипники тягового асинхронного электродвигателя с целью разработки дальнейших мер по снижению их влияния и повышению надежности подшипникового узла тягового асинхронного электродвигателя.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

асинхронный электродвигатель, синфазное напряжение, эквивалентная схема, паразитная емкость, подшипник, подшипниковый ток

Текст

Текст (PDF)

Читать Скачать

1. Singh H., Sudhoff S. D. A Common-Mode Shorting Network to Reduce Common-Mode Excitation of Three- Phase Two-Level Electric Drives // IEEE Open Access Journal of Power and Energy. 2023. Vol. 10. Pp. 14–24. URL: https://www.academia.edu/103826562/A_Common_ Mode_Shorting_Network_to_Reduce_Common_ Mode_Excitation_of_Three_Phase_Two_Level_ Electric_Drives (дата обращения: 12.12.2025).

2. ГОСТ Р 55136-2017/IEC/TS60034-25:2007. Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Руководство по конструкции и характеристикам машин переменного тока, специально предназначенных для питания от преобразователей // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200103686 (дата обращения: 12.12.2025).

3. An Impedance Source Multi-Level Three Phase Inverter with Common Mode Voltage Elimination and Dead Time Compensation / M. Mahmoudian [et al.] // Electronics. 2020. No. 9. Pp. 1639–1655. URL: https:// www.researchgate.net/publication/344582701_An_ Impedance_Source_Multi-Level_Three_Phase_Inverter_ with_Common_Mode_Voltage_Elimination_and_Dead_ Time_Compensation (дата обращения: 15.12.2025).

4. Adabi J., Zare F. Analysis, Calculation and Reduction of Shaft Voltage in Induction Generators // Proceedings of the International Conference on Renewable Energy and Power Quality, 15–17 April. 2009. Valencia. URL: https://eprints.qut.edu.au/20191/1/20191.pdf (дата обращения: 15.12.2025).

5. A Review of Modeling and Mitigation Techniques for Bearing Currents in Electrical Machines with Variable-Frequency Drives / W. Zhu [et al.] // IEEE Access. 2022. Vol. 10. Pp. 125279–125297. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/9964144 (дата обращения: 20.12.2025).

6. Muetze A., Binder A. Calculation of Motor Capacitances for Prediction of the Voltage Across the Bearings in Machines of Inverter-Based Drive Systems // IEEE Transactions on Industry Applications, May/June 2007. Vol. 43, no. 3. Pp. 665–672. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/4215013 (дата обращения: 25.12.2025).

7. Normalization-Based Approach to Electric Motor BVR Related Capacitances Computation / J. Ahola [et al.] // 2018 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). San Antonio. TX. USA. 2018. Pp. 2868–2874. URL: https://lutpub. lut.fi/bitstream/handle/10024/159886/ahola_et_al_ normalizaton-based_approach_final_draft.pdf (дата обращения: 25.12.2025).

8. Binder A., Muetze A. Scaling Effects of Inverter-Induced Bearing Currents in AC Machines. // IEEE Transactions on Industry Applications, May/ June 2008. Vol. 44, no. 3. Pp. 769–776. URL: https:// www.researchgate.net/publication/3175055_Scaling_ Effects_of_Inverter-Induced_Bearing_Currents_in_ AC_Machines (дата обращения: 27.12.2025).

9. Тулупов В. Д., Слепцов М. А., Бриедис А. А. Методы повышения надежности работы подшипниковых узлов в тяговых асинхронных машинах // Вестник МЭИ. 2021. № 2. С. 60–70. URL: https://vestnik.mpei.ru/index.php/vestnik/article/ view/695 (дата обращения: 04.01.2026).

10. Tawﬁq K. B., Güleç M., Sergeant P. Bearing Current and Shaft Voltage in Electrical Machines: A Comprehensive Research Review // Machines. 2023. No. 11. 550 p. URL: https://www.academia. edu/106269225/Bearing_Current_and_Shaft_Voltage_ in_Electrical_Machines_A_Comprehensive_Research_ Review (дата обращения: 04.01.2026).

11. Modeling of Bearing Voltage in Electric Machines Based on Electromagnetic FEA and Measured Bearing Capacitance / P. Han [et al.] // IEEE Transactions on Industry Applications, Sept./Oct. 2021. Vol. 57, no. 5. Pp. 4765–4775. URL: https://ieeexplore.ieee.org/ document/9465698 (дата обращения: 05.01.2026).

12. Furtmann A., Gerhard P. Evaluation of Oil-Film Thickness Along the Path of Contact in a Gear Mesh by Capacitance Measurement // Tribology Online. 2016. No. 11. Pp. 189–194. URL: https://www.researchgate. net/publication/301746461_Evaluation_of_Oil-Film Thickness_Along_the_Path_of_Contact_in_a_Gear_ Mesh_by_Capacitance_Measurement (дата обращения: 06.01.2026).

13. Becker-Dombrowsky F. M., Kirchner E. Electrical Impedance Based Condition Monitoring of Machine Elements — A Systematic Review // Frontiers in Mechanical Engineering. 2024. Vol. 10.

14. Electrical Bearing Damage, A Problem in the Nano- and Macro-Range / V. Schneider [et al.] // Lubricants. 2022. No. 10. 194 p. URL: https://www. researchgate.net/publication/362838744_Electrical_ Bearing_Damage_A_Problem_in_the_Nano-_and_Macro-Range (дата обращения: 10.01.2026).

15. The Effects of PWM Voltage Source Inverters on the Mechanical Performance of Rolling Bearings / D. F. Busse [et al.] // IEEE Transactions on Industry Applications, March/April 1997. Vol. 33, no. 2. Pp. 567– 576. URL: https://www.academia.edu/85626258/The_ effects_of_PWM_voltage_source_inverters_on_the_ mechanical_performance_of_rolling_bearings (дата обращения: 11.01.2026).

16. Короткевич С. В., Холодилов О. В. Оценка толщины смазочного слоя в подшипниках качения электрорезистивным методом // Электронная библиотека Белорусско-Российского университета. 2017. URL: http://e.biblio.bru.by/bitstream/ handle/1212121212/5056/382-388.pdf (дата обращения: 11.01.2026).

17. Bearing Damage Analysis by Calculation of Capacitive Coupling Between Inner and Outer Races of a Ball Bearing / J. Adabi [et al.] // 13th International Power Electronics and Motion Control Conference. Poznan, Poland, 2008. Pp. 903–907. URL: https://www. researchgate.net/publication/224331398_Bearing_ Damage_Analysis_by_Calculation_of_Capacitive Coupling_between_Inner_and_Outer_Races_of_a_ Ball_Bearing (дата обращения: 11.01.2026).

18. Binder A., Magdun O., Gemeinder Y. Calculation of Parasitic High Frequency Currents in Inverter-Fed AС Machines. URL: https://www.ew.tu-darmstadt.de/ media/ew/rd/ew_vortraege/100205_binder_magdun_ gemeinder.pdf (дата обращения: 12.01.2026).

ГОСТ

Карманов А. В. Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2026. №. 2. С. 277-287. DOI: https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-2-277-287. (дата обращения: 09.09.2026).

MLA

Карманов Александр Валерьевич. "Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты." Известия Петербургского университета путей сообщения 23.2 (2026): 277-287. DOI: https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-2-277-287.

APA

Карманов А. В. (2026). Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты. Известия Петербургского университета путей сообщения, 23(2), 277-287. https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-2-277-287

Chicago

Карманов Александр Валерьевич. "Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты." Известия Петербургского университета путей сообщения 23, no. 2 (2026): 277-287. https://doi.org/10.20295/1815-588X-2026-2-277-287.

WIKI

{{cite journal | author = Карманов А. В. | title = Расчет паразитных емкостей асинхронного тягового электродвигателя, управляемого преобразователем частоты | journal = Известия Петербургского университета путей сообщения | year = 2026 | volume = 23 | issue = 2 | pages = 277-287 | doi = 10.20295/1815-588X-2026-2-277-287 }}

Скопировать

Экспорт: BibTeX EndNote RefMan RusMARC

Подтверждение