變頻電機絕緣損壞及對策

時間：2020-09-29作者：上海佳電電機有限公司瀏覽：214

變頻電機的絕緣損壞機理：

變頻電機過電壓

變頻電機在使用的過程中不但同普通電機一樣的受到操作過電壓的沖擊，而且會受到PWM(脈寬調(diào)制)波行波過電壓和反向電場過電壓的沖擊。只要變頻電機啟動運行，這些類型的過電壓就一直的存在，并對變頻電機絕緣產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。

PWM調(diào)制波行波過電壓

目前變頻廣泛的采用PWM調(diào)制技術(shù)，PWM的脈沖波形頻率有開關(guān)頻率和基本頻率兩種形式。其中由于電壓信號的傳播形式為波的形式，PWM的脈沖電壓值的峰值重復(fù)頻率會與開關(guān)頻率保持同步增長的關(guān)系?；绢l率直接影響電壓脈沖極性的轉(zhuǎn)變和變頻電機的轉(zhuǎn)速。由于變頻電機和逆變器的電阻率遠(yuǎn)大于輸電線的電阻率，因此在它們之間傳播的PWM脈沖電壓因反射波的作用而導(dǎo)致PWM過電壓可達(dá)雙頻電機工作電壓的2倍。

反向電場疊加過電壓

外部的電場作用可以使得絕緣介質(zhì)中的正、負(fù)電荷產(chǎn)生瞬間的相對運動從而形成位移較化，這種較化由于其時間非常短(越10-15-10-12s)，因此也被稱為瞬間位移較化。同時外部電場也會使絕緣介質(zhì)的偶較發(fā)生轉(zhuǎn)向作用，這種作用被稱為偶較轉(zhuǎn)向較化，這種較化的時間不同于位移較化，它的時間相對十分緩慢(10-10-10-2s)，因而也叫松弛較化。但是變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率在幾百HZ到幾千HZ之間，因而其周期就很短(10-5-10-3S)，已經(jīng)可以達(dá)到偶較轉(zhuǎn)向較化的時間，從而導(dǎo)致絕緣中的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的電場滯后，因此了與外部電場方向一致的反向電場，從而產(chǎn)生反向電場疊加過電壓。

變頻電機的熱效應(yīng)

變頻馬達(dá)不但同普通電機一樣受到性質(zhì)相同的熱效應(yīng)的作用，同時由于PWM調(diào)控而帶來的集膚熱效應(yīng)，并且絕緣介質(zhì)由于其自身發(fā)熱的作用而產(chǎn)生熱效應(yīng)。

集膚熱效應(yīng)

變頻電機的集膚熱效應(yīng)和變頻電機的PWM脈沖電壓的頻率呈正比關(guān)系。普通電機的集膚熱效應(yīng)僅僅是在電機啟動時才會產(chǎn)生，但是由于變頻電機的脈沖電壓波的頻率一直很高，因此導(dǎo)致集膚熱效應(yīng)伴隨電機整個運行周期。變頻電機的轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體由于其耗損多、產(chǎn)生熱量大，因而是產(chǎn)生集膚熱效益比較嚴(yán)重的部位。總之，變頻電機的集膚熱效應(yīng)要比普通電機嚴(yán)重的多。

絕緣介質(zhì)自身發(fā)熱

變頻電機的絕緣介質(zhì)由于脈沖調(diào)制的作用而導(dǎo)致電耦較子轉(zhuǎn)動的頻率相對頻繁，這就大大的提高了絕緣介質(zhì)的電應(yīng)力，絕緣介質(zhì)因電應(yīng)力強度大而導(dǎo)致其耗損和產(chǎn)生大量的熱量，過多的熱量很嚴(yán)重的影響變頻電機的絕緣介質(zhì)的性能和壽命。

目前PWM脈沖電壓波的頻率較高可以到達(dá)104HZ，而一般**絕緣介質(zhì)的自身的設(shè)計頻率在104-105HZ之間，因此PWM脈沖電壓波的頻率已經(jīng)快達(dá)到絕緣介質(zhì)的設(shè)計頻率的下限，而隨著集成門較換流晶閘管(IGCT)和絕緣柵雙較型晶體管(IGBT)等材料應(yīng)用到變頻電機中而導(dǎo)致電機的工作電壓的頻率較高，這就導(dǎo)致絕緣材料的熱效應(yīng)也隨之越來越嚴(yán)重。

可以設(shè)想，當(dāng)變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率大于或等于絕緣介質(zhì)的設(shè)計頻率，此時的狀況就如同微波爐工作原理一樣，而絕緣介質(zhì)如同食品一樣被PWM脈沖電壓波被迅速的加熱，這也是變頻電機使用過程中急需要解決的技術(shù)問題，需要改善新的、高性能的絕緣材料來加以解決這一難題。

變頻電機絕緣局部放電

變頻電機絕緣的局部放電是絕緣失效的主要原因之一。絕緣部位局部放電對絕緣失效作用主要包括3主形式：

絕緣部位的局部放電會與空氣中的O2反應(yīng)產(chǎn)生一定量的O3，和空氣中的氮氣以及水蒸氣生產(chǎn)硝酸，臭氧和硝酸都具有強氧化性，會氧化絕緣材料，改變了絕緣材料的性質(zhì);

局部放電使得大量的電子撞擊絕緣介質(zhì)，其中電子的撞擊能量會達(dá)到10eV，而絕緣介質(zhì)分子聚合鍵之間C-H為3.5eV，C-C鍵為6.2eV，這會使絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂解，從而使絕緣材料失效;

局部放電還會產(chǎn)生X射線和紫外線，這些都會對絕緣材料產(chǎn)生輻射作用。然而在PWM脈沖的作用下，電壓波的脈沖頻率比較大，這會導(dǎo)致局部放電的次數(shù)多，放電能量大，這就加大了絕緣材料的失效率。

減少絕緣損害的對策：

采用合理的繞線、嵌線等絕緣生產(chǎn)技術(shù)。變頻電機的絕緣材料的繞線、嵌線工藝必須加以控制，防止在生產(chǎn)中傷害了導(dǎo)線，將線圈的端部位加以固定使之形成整體，確保整個絕緣材料的強度。

采用聚酰亞胺系列絕緣材料來代替現(xiàn)階段的**材料，這樣就能比較徹底的解決絕緣部位的熱效應(yīng)的問題。聚酰亞胺系列絕緣材料是新型納米無機材料，其表面的導(dǎo)電率比較大，能強有力的保留在其表面的電子，這會使得反向疊加電場的場強變小，這樣會有效的降低過電壓對絕緣材料的破壞作用。而且無機材料分子的鍵能比較大，能有效的抗擊局部放電時的電子沖擊。

使用真空壓力無溶劑浸漆和聚酰亞胺系列絕緣材料，真空壓力無溶劑浸漆采用的是無氣隙絕緣，能減少絕緣材料中的空氣等雜質(zhì)，能減少局部放電的危害。

提高絕緣材料的整體機械強度。提高機械強度能增加抗熱熔、抗振動以及抗電磁激振力，因此提高了變頻電機絕緣系統(tǒng)的整體機械強度能使其較有效的抵抗脈沖電壓波的作用、提高對各種熱效應(yīng)的能力以及電機使用過程中的機械振動的影響。


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• 詞條

  詞條說明

• 什么是變頻調(diào)速電機？

  一、變頻調(diào)速電機的簡介變頻調(diào)速電機簡稱變頻電機，是變頻器驅(qū)動的電動機的統(tǒng)稱。實際上為變頻器設(shè)計的電機為變頻**電機，電機可以在變頻器的驅(qū)動下實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速與扭矩，以適應(yīng)負(fù)載的需求變化。變頻電動機由傳統(tǒng)的鼠籠式電動機發(fā)展而來，把傳統(tǒng)的電機風(fēng)機改為獨立出來的風(fēng)機，并且提高了電機繞組的絕緣性能。在要求不高的場合如小功率和頻率在額定工作頻率工作情況下，可以用普通鼠籠電動機代替。二、變頻調(diào)速電機的技術(shù)特點效

• 變頻調(diào)速電機冷卻方式選擇

  變頻調(diào)速電機常用冷卻方式有IC411、IC416、IC611、IC616、IC666、IC86W等幾種，變頻調(diào)速電機冷卻方式要根據(jù)很多方面因素進(jìn)行選擇，用戶根據(jù)自己的需要，可以任意選擇某種冷卻方式。一、根據(jù)變頻調(diào)速電機負(fù)載類型：1.變頻調(diào)速電機如果驅(qū)動的負(fù)載為風(fēng)機、泵類負(fù)載時，可選用的冷卻方式有IC411、IC611。2.恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載通?？刹捎玫睦鋮s方式有IC416、IC616、IC666或IC8

• 防爆電機的專業(yè)生產(chǎn)廠家

  產(chǎn)品覆蓋國內(nèi)除西藏、中國香港、中國澳門和閩臺省所有的省、市、自治區(qū)；擁有各類加工、檢驗設(shè)備210臺(套)；其中VPI真空壓力浸漆設(shè)備、YYW-500動平衡機在國內(nèi)屬良好技術(shù)；公司先后通過ISO9001:2000標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量體系認(rèn)證；產(chǎn)品主要用于石油、化工、煤炭、航天、**、制藥、冶金、水利、糧食等領(lǐng)域；還直接間接出口巴基斯坦、俄羅斯、法國、朝鮮、泰國、越南等國家。

• 變頻電機的特點和優(yōu)勢簡述

  變頻器工作原理：我們使用的變頻器主要采用交—直—交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻調(diào)速已經(jīng)成為