变频电机绝缘失效分析及解决措施

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1、维普资讯http://www.cqvip.com4甘肃电力技术变频电机绝缘失效分析及解决措施谢一珲。党存禄(兰州电机有限公司甘肃省兰州市730050兰州理工大学甘肃省兰州市730050)【摘要】近1O年来，交流电动机使用脉宽调制(PWM)技术控制转速已越来越普遍。本文通过峰值电压、开关频率、上升速率及环境温度这些关键因素对绝缘电应力的影响来分析绝缘失效机理，并认为，除了局部放电，快速上升时间l和脉冲频率引发介质过热，进一步加剧了绝缘的降解率。在此基础上，提出采用Lc滤波器抑制电机的高次谐波，并针对变频电机绝缘的特殊性，提

2、出了生产工艺和绝缘材料两个方面的具体解决方案。【关键词】绝缘失效峰值电压脉冲频率损耗1引言经有许多研究，但对高脉冲频率、快上升速率的影响所做的研究很少。随着交流变频控制技术和电力电子器件制造工艺的发展和改进，使变频调速技术迅猛地发展起来。2绝缘失效机理分析自从德国西门子工程师Felix．Blaschke发明矢量控现在广泛使用的IGBT(InsulatedGateBipolar制技术之后，交流调速系统的静、动态性能完全与Transistor绝缘栅双极型晶体管)，其工作时形成的直流调速相媲美；与此同时，计算机技术和大规模波形

3、与普通工频正弦波不同。IGBT提供的是非常快集成电路的飞速进步，极大地简化了实施SPWM及矢速的上升时间脉冲，上升时间快达2O～100lxs，这些量控制等复杂技术的方法。脉冲为非常高的载波，其开关频率高达20kHz甚至更采用变频调速不但能实现无级调速，而且根据高，因此当此快速前沿波通过电缆从变频器传到电负载的特性不同；通过适当调节电压和频率之间的机上时，由于阻抗不匹配，逆变器和电动机之间产关系，可使电动机始终运行在高效区，并保证良好生反射波，传至逆变器输出端后的反射波又产生另的动态特性。同时交流电动机采用变频起动更能显著

4、改善交流电动机的起动性能，大幅度降低电动机一个入射波，此时的入射波与起始电压波在电动机线圈端叠加，形成的脉冲波就会具有高耸的尖峰(高的起动电流，增加起动转矩。在工业电气传动应用电压峰值)，且波峰具有陡峭的前沿(快速上升时场合，风机、水泵等通用机械的容量占了一半，如间)，如图1所示。再加上极高的频率及环境温度，果改造成交流调速系统，每台风机、水泵节能2O～这些因素对绝缘失效时间将产生一定的影响。3o96，现已成为工业化国家重要的节能手段。由于直流电动机的换向能力限制了它的容量和速度，而电2．1最大电压的影响动机的单机容量远

5、大于直流电动机，容易实现调速在具有高频及快速上升时间的电压影响下，图2系统的设备趋向大型化及高速驱动，这些优点使变表明绝缘失效时间与峰值电压的关系。该曲线是标频电机的应用范围不断扩大。与此同时，准电磁线在环境温度为130℃、频率20kHz、上升速PwM(Pulse—WidthModulation脉宽调制)型变频器率83kV／us的试验条件下得出的，它遵从定律：供电的电机都出现绝缘过早失效的情况，过去1O年=AE间对热应力与机械应力共同作用的绝缘失效机理已式中：维普资讯http://www.cqvip.com变频电机绝缘失

6、效分析及解决措施5T一绝缘失效时间：正比。当电压高于局部放电起始电压时，介质的损A一常数：耗迅速增大，随着频率和局部放电强度的增大，就E一电应力；会产生可观的热量。图3显示了绝缘的tg8曲线在局n一指数。部放电起始点发生了转折，一旦电场强度超过电晕起始点，则介质损耗以极快的速度增加，散热量引起更高的泄漏电流，从而引发介质损耗的进一步上电压升。160012ootg8800400O图1典型正弦波与P删脉冲波的波形电压指数随材料不同而变化，也随电压范围而变。图3介质损耗值与电压关系曲线在低电压范围(<0．5kV／min)，指数

7、n为12；而在2．2脉冲频率的影响高电压范围(>O．5kV／min)，指数降为3左右。如果导线绝缘损坏所需时间与脉冲频率间的关系不电压高于3kV，绝缘将很快损坏。是一种简单的关系。对相同电磁线模拟变频脉冲电压进行试验，发现在温度为90~C、双极性脉冲、频率20kHz、幅值~2000V、上升时间为0．025~s的脉冲电压条件下，转折频率点约为5kHz左右。10。厘当频率低于5kHz时，绝缘损坏所需时间与脉冲频率成反比，即：较1OT：旦f10。式中：B一常数；0I2345电压(kV)厂一脉冲重复频率。图2绝缘失效时间与峰值电

8、压关系曲线高于5kHz时，绝缘损坏所需时间与频率的平方仅考虑介质损耗时，正弦电压条件下单位体积成反比，即：的介质损耗可用下式表示：T-N=—eoE2Co2V(es-e)式中：式中：C一另一个常数。一真空或空气的介电常数；在正弦波作用的条件下，绝缘失效时间与频率E一电场强度；之间的关系是线性的，但脉冲频率对绝缘的影响却