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變頻電機絕緣損壞的原因是什么?

作者:人氣:發(fā)表時間:2023-6-24 15:21:55

  實踐證明,過去幾十年發(fā)展起來的工頻正弦波電壓下的電機絕緣設(shè)計理論,并不能適用于交流變頻電機。有必要研究變頻電機絕緣的損壞機理,建立交流變頻電機絕緣設(shè)計的基礎(chǔ)理論,制定交流變頻電機的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

  1、局部放電和空間電荷

  目前,變頻調(diào)速交流電機由IGB.T(絕緣柵二極管)技術(shù)PWM(脈寬調(diào)制n-脈寬調(diào)制)逆變器控制。其功率范圍約為0。75.~.500千瓦。IGBT技術(shù)可以提供20.~.100μ.s的極短上升時間的電流,產(chǎn)生的電脈沖具有非常高的開關(guān)頻率,達到20kHz。

  當(dāng)快速上升沿電壓從變頻器到達電機端時,由于電機和電纜之間的阻抗不匹配,會產(chǎn)生反射電壓波。這個反射波返回到變頻器,然后由于電纜和變頻器的阻抗不匹配而感應(yīng)出另一個反射波加到原來的電壓波上,從而在電壓波的前沿產(chǎn)生一個峰值電壓。峰值電壓取決于脈沖電壓的上升時間和電纜的長度。

  一般情況下,當(dāng)導(dǎo)線長度增加時,導(dǎo)線兩端都會產(chǎn)生過電壓,電機端的過電壓幅值隨著電纜長度的增加而增加,并趨于飽和,而電源端的過電壓比電機端的小,幾乎與電纜長度無關(guān)。

  試驗表明,過電壓發(fā)生在電壓的上升沿和下降沿,并衰減振蕩,其衰減服從指數(shù)規(guī)律,振蕩周期隨電纜長度增加而增大。PWM驅(qū)動脈沖波形有兩種頻率,一種是開關(guān)頻率。峰值電壓的重復(fù)頻率與開關(guān)頻率成比例。

  另一種是基頻,直接控制電機的轉(zhuǎn)速。在每個基頻的開始,脈沖的極性是從正到負或從負到正。此時,電機絕緣承受兩倍于峰值電壓的滿幅電壓。

  此外,在繞組分散的三相電機中,不同相的相鄰兩匝之間的電壓極性可能不同,滿幅電壓的跳變也可能達到一個峰值電壓值的兩倍。

  根據(jù)測試,PWM逆變器輸出的電壓波形峰值電壓為1.1。2~.1.380/480伏交流系統(tǒng)中的5kV和1.1。6~.1.576/600伏交流系統(tǒng)中的8kV。顯然,在這種滿幅電壓的作用下,繞組匝間會發(fā)生表面局部放電。

  由于電離,空氣間隙中會產(chǎn)生空間電荷,從而形成與外加電場相反的感應(yīng)電場。當(dāng)電壓極性改變時,該反向電場與施加的電場方向相同。這樣就產(chǎn)生了更高的電場,會導(dǎo)致局部放電次數(shù)增加,最終導(dǎo)致?lián)舸?/p>

  試驗表明,作用在這些匝間絕緣上的電擊幅度取決于導(dǎo)體的具體性能和PWM驅(qū)動電流的上升時間。如果上升時間小于0.1μs,80%的電勢將施加到繞組的前兩圈,即上升時間越短,電氣影響越大,匝間絕緣的壽命越短。

  2、介電損耗發(fā)熱

  當(dāng)E超過絕緣子的臨界值時,其介質(zhì)損耗迅速增加。當(dāng)頻率增加時,局部放電增加,產(chǎn)生熱量,引起更大的漏電流,從而使Ni上升更快,即電機溫度上升,絕緣老化更快?傊,電磁線的過早損壞是變頻電機中上述局部放電、電介質(zhì)發(fā)熱、空間電荷感應(yīng)等因素共同作用的結(jié)果。



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