變頻電機絕緣系統(tǒng)失效機理：

當前變頻驅(qū)動電源，基本采用IGBT技術(shù)，其功率范圍0.75-1000KW。IGBT技術(shù)可以提供上升時間極短的電涌，其上升時間約20-100μs，開關(guān)頻率高達20KHZ。

東莞電機所看到一個瞬間快速上升的電壓從變頻器到達電機末端電纜時，是由于電機和電纜的阻抗不匹配，產(chǎn)生一個反射波，這個反射波加在原始電壓波上，在電壓波前沿產(chǎn)生一個尖峰電壓，電機端的過電壓值隨著電纜長度的增加而增加，并趨向于飽和。過電壓開始產(chǎn)生于電壓上升沿和下降沿處，并產(chǎn)生衰減振蕩，其衰減服從于指數(shù)規(guī)律。

對PWM驅(qū)動脈沖波形有兩種頻率，一是開關(guān)頻率，它表示脈沖速度，尖峰電壓的重復頻率與開關(guān)頻率成正比。另一是基本頻率，直接控制電機的轉(zhuǎn)速。在每一個基本頻率開始時，脈沖極性從正到負或從負到正，電機絕緣承受一個兩倍于尖峰電壓值的全幅電壓。在三相電機中，電機繞組的相鄰兩匝有時分屬不同的相，由于相鄰兩匝中的電壓極性可能會不同，全幅電壓的躍變也可能達到兩倍于尖峰電壓值。測試結(jié)果表明，在一個380/460V交流系統(tǒng)中，測得的尖峰電壓值為1.2-1.5KV，575/600V的變頻系統(tǒng)中，測得的尖峰電壓值可達1.6-1.8KV。

1.局部放電和空間電荷造成電磁線絕緣層損壞

電機繞組的過電壓，會在繞組的匝間產(chǎn)生表面局部放電。由于電離作用，在空氣隙中又會產(chǎn)生空間電荷，形成一個與外加電場反向的感應(yīng)電場。當電壓極性改變時，這個反向電場與外加電場方向*，會產(chǎn)生一個更高的電場強度，導致局部電荷放電的增加，而引起絕緣擊穿。當尖峰電壓的上升時間小于0.1μs時，則將有80%的電勢加在繞組的前兩匝上。電壓上升時間越短，電沖擊越大，匝間絕緣壽命就越短。

2.高頻尖峰電壓產(chǎn)生電介質(zhì)損耗、導致絕緣加速老化

當作用于電機中的電磁場超過絕緣體臨界值時，其介質(zhì)損耗迅速增加。當頻率上升時，局部放電隨之增加，并產(chǎn)生熱量，這些勢量又引起更大的漏電流，使絕緣介質(zhì)每單位體積的損耗增加，電機溫升上升，絕緣加速老化。

3.主絕緣、相絕緣和絕緣漆的

變頻電機的繞組承受尖峰幅值的振蕩電壓，使得電機的主絕緣、相絕緣和絕緣漆承受更高的電場強度。另一方面電機繞組匝間發(fā)生局部放電時，會使絕緣中分布電容所儲存的能量變?yōu)闊彷椛湟约皺C械和化學能，造成整個絕緣系統(tǒng)的劣化，大大降低了絕緣的擊穿電壓，當所加電壓的值達到絕緣的擊穿電壓時，就會發(fā)生整個絕緣系統(tǒng)的失效。

4.頻繁的起制動、電磁激振力和振動引起的循環(huán)交變應(yīng)力造成電機絕緣的加速老化

變頻絕緣系統(tǒng)的設(shè)計：

根據(jù)上述變頻電機絕緣損壞機理，東莞電機廠清楚知道變頻電機絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮：(1)選用符合要求的電磁線；(2)保證電機繞組獲得無氣隙絕緣；(3)改良整個絕緣結(jié)構(gòu)的整體性，提高機械強度。

由于目前市場上變頻器的種類很多，不同變頻器電源的輸出波形不盡相同，考慮到變頻驅(qū)動系統(tǒng)的性能/價格比，設(shè)計了三種絕緣結(jié)構(gòu)：(1)GIRIS絕緣系統(tǒng) 適用于U峰值<1000V，電壓沿上升時間>2μs；(2)PIRIS絕緣系統(tǒng)適用于U峰值<1000V，電壓沿上升時間>0.2μs；(3)PIRIS絕緣系統(tǒng)適用于U峰值<1600V，電壓沿上升時間>0.1μs。

 
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