在交流變頻電動(dòng)機(jī)的推廣應(yīng)用過(guò)程中，曾出現(xiàn)大批交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)絕緣早期損壞的情況。許多交流變頻電機(jī)運(yùn)行的壽命只有 1～ 2年，有的只有幾個(gè)星期，甚至在試運(yùn)行中電機(jī)絕緣就出現(xiàn)損壞，而且通常發(fā)生在匝間絕緣，這給電機(jī)絕緣技術(shù)提出了新的課題。實(shí)踐證明，過(guò)去幾十年研究發(fā)展起來(lái)的工頻正弦波電壓下的電機(jī)絕緣設(shè)計(jì)理論不能適用于交流變頻調(diào)速電機(jī)。需要研究變頻電機(jī)絕緣的損壞機(jī)理，建立交流變頻電機(jī)絕緣設(shè)計(jì)的基本理論，制定交流變頻電機(jī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1電磁線的損壞

　　局部放電和空間電荷

　　目前，變頻調(diào)速交流電機(jī)均采用 IGB T( 絕緣柵二極管 )技術(shù)PWM ( Pulse width m odulatio n- 脈寬調(diào)制 )變頻器控制。其功率范圍約是 0. 75～ 500kW。IGBT技術(shù)可以提供上升時(shí)間極短的電流，其上升時(shí)間在 20～100μs，所產(chǎn)生的電脈沖有極高的開(kāi)關(guān)頻率，達(dá)到20kHz。當(dāng)一個(gè)快速上升沿電壓從變頻器到電機(jī)端時(shí)，由于電機(jī)和電纜的阻抗不匹配，產(chǎn)生一個(gè)反射電壓波。這個(gè)反射波返回變頻器，并再感應(yīng)出另一個(gè)由于電纜和變頻器阻抗不匹配而產(chǎn)生的反射波加在原始電壓波上，從而在電壓波前沿產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓。尖峰電壓的大小取決于脈沖電壓的上升時(shí)間和電纜的長(zhǎng)度。

　　通常電線長(zhǎng)度增加時(shí)，電線二端都產(chǎn)生過(guò)電壓，電機(jī)端的過(guò)電壓幅值隨電纜長(zhǎng)度增加而增加，并趨于飽和，而電源端的過(guò)電壓比電機(jī)端的過(guò)電壓小，并且?guī)缀跖c電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。試驗(yàn)表明，過(guò)電壓產(chǎn)生于電壓上升沿和下降沿處，并發(fā)生衰減振蕩，其衰減服從指數(shù)規(guī)律，振蕩周期隨電纜長(zhǎng)度而增加。對(duì) PWM 驅(qū)動(dòng)脈沖波形有二種頻率，其一是開(kāi)關(guān)頻率。尖峰電壓的重復(fù)頻率與開(kāi)關(guān)頻率成正比。另一是基本頻率，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在每一個(gè)基本頻率開(kāi)始時(shí)，脈沖極性從正到負(fù)或從負(fù)到正，在這一時(shí)刻，電機(jī)絕緣承受著一個(gè)二倍于尖峰電壓值的全幅電壓。另外，在一個(gè)散嵌繞組的三相電機(jī)中，不同相的相鄰二匝之間的電壓極性可能會(huì)不同，全幅電壓的躍變也有可能達(dá)到二倍于一個(gè)尖峰電壓值。據(jù)測(cè)試，PWM 變頻器輸出的電壓波形，在 380 /480V 交流系統(tǒng)中，在電機(jī)端測(cè)得的尖峰電壓值為 1. 2～ 1. 5kV，而在 576 /600V的交流系統(tǒng)中，測(cè)得的尖峰電壓值達(dá)到 1. 6～ 1. 8kV。非常明顯，在此全幅電壓作用下，繞組匝間產(chǎn)生表面局部放電。由于電離作用，在氣隙中又會(huì)產(chǎn)生空間電荷，從而形成一個(gè)與外加電場(chǎng)反向的感應(yīng)電場(chǎng)。當(dāng)電壓極性改變時(shí)，這個(gè)反向電場(chǎng)與外加電場(chǎng)方向一致。這樣，一個(gè)更高的電場(chǎng)產(chǎn)生，它會(huì)導(dǎo)致局部放電的數(shù)量增加，最終引起擊穿。測(cè)試表明，作用于這些匝間絕緣的電沖擊大小取決于導(dǎo)線特定的性能和 PWM 驅(qū)動(dòng)電流的上升時(shí)間。若上升時(shí)間小于0.1μs，則將有 80% 的電勢(shì)加在繞組的前二匝上，即上升時(shí)間越短，電沖擊就越大，匝間絕緣的壽命就越短。

　　介質(zhì)損耗發(fā)熱

　　當(dāng) E超過(guò)絕緣體臨界值時(shí)，其介質(zhì)損耗迅速增加。當(dāng)頻率增加時(shí)，局部放電隨之增加，結(jié)果產(chǎn)生熱量，這些熱量則引起更大的漏電流，從而使 Ni上升更快，即電機(jī)溫升上升，絕緣加速老化?？傊?，在變頻電機(jī)中正是由于上述局部放電、電介質(zhì)加熱、空間電荷感應(yīng)等因素的共同作用引起電磁線的過(guò)早損壞。

　　主絕緣、相絕緣和絕緣漆的損壞

　　如前所述，采用 PWM 變頻電源，使變頻電機(jī)的端子處出現(xiàn)振蕩電壓幅值增加。因而，電機(jī)的主絕緣、相絕緣和絕緣漆承受更高的電場(chǎng)強(qiáng)度。據(jù)測(cè)試，由于變頻器輸出端電壓上升時(shí)間、電纜長(zhǎng)度和開(kāi)關(guān)頻率等因素的綜合影響，上述端電壓峰值可超過(guò) 3kV。另外，當(dāng)電機(jī)繞組匝間發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)使絕緣中分布電容所儲(chǔ)存的電能變?yōu)闊?、幅射、機(jī)械和化學(xué)能，從而使整個(gè)絕緣系統(tǒng)劣化，絕緣的擊穿電壓降低，最終導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)被擊穿。

　　循環(huán)交變應(yīng)力造成的絕緣加速老化

　　采用 PWM 變頻電源供電，使變頻電機(jī)可以在很低的頻率、較低的電壓下以及無(wú)沖擊電流情況下起動(dòng)，并可以利用變頻器所提供的各種方式進(jìn)行快速制動(dòng)。由于變頻電機(jī)可實(shí)現(xiàn)頻繁的起動(dòng)制動(dòng)，使電機(jī)絕緣頻繁地處于循環(huán)交變應(yīng)力作用下，使電機(jī)絕緣加速老化。

　　普通異步電機(jī)中存在的由于電磁激振力、機(jī)械傳動(dòng)等引起的振動(dòng)等問(wèn)題在變頻電機(jī)中變得更為復(fù)雜。變頻電源中含有的各種時(shí)間諧波與電磁部分固有的空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。同時(shí)，由于電機(jī)工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化大，當(dāng)其與機(jī)械部分的固有頻率相一致時(shí)，出現(xiàn)共振。在電磁激振力和機(jī)械振動(dòng)影響下，電機(jī)絕緣受到更加頻繁的循環(huán)交變應(yīng)力作用，加速了電機(jī)絕緣的老化。

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