变频电机绝缘早期损坏的探讨
陈洁
（德州学院机电工程系，山东德州253023）
摘要：针对变频电机早期损坏的普遍特性，深入探讨了变频电机绝缘的损坏机理，提出了选用抗电晕性好的电磁线、以及采用无气隙绝缘的主绝缘等措施，为早期损坏提供了有效的解决方案．
关键词：变频电机；绝缘损坏；措施
中图分类号：tm 344.6文献标志码：a文章编号：1673-6540(2010)07-0064-03
0 引 言
变频电机是电子工业的新宠，其工作原理与普通工频电路完全不同，所产生的脉冲高频方波会对普通电机的绝缘系统产生严重的破坏。因此，对变频电机绝缘的探讨具有重要意义。
1 变频电机绝缘早期损坏是普遍存在的问题
变频电机绝缘早期损坏是由电晕引起的局部放电、介质发热、尖峰脉冲导致有机高分子绝缘材料裂解的结果。因此，在设计交流变频电机绝缘结构时，必须采用耐电晕的电磁线、绝缘材料和低挥发份甚至无挥发份的浸渍树脂，形成“无气隙绝缘”，以提高绝缘结构的整体性。变频电机的绝缘性能不仅要能满足传统意义上的抗热老化、抗电老化要求，还要满足耐高频脉冲、耐局部放电的要求。研究开发变频电机绝缘技术，应密切关注国内、外相关标准的升级，并按这些标准进行有关变频电机绝缘结构寿命评定的试验研究工作。
与直流调速电机相比，采用交流变频调速电机的主要优点如下：
(i)节能，调速方便；
(2)由于采用高频技术，电机结构简单，节约原材料、造价低，体积、重量均较小，易于维修；
(3)可以实现电机的软起动和快速制动控制；
(4)工作时无火花，具有较强的环境适应能力。
现在，变频调速电机的市场占有率正以每年百分之18~ 20的速度增长。由于普通异步电机以恒频、恒压的供电方式进行设计，应用于变频调速系统时存在着很大的局限性，故国内外有关厂商陆续推出专用的变频交流电动机系列。这些专用的变频异步电动机根据具体应用环境和应用要求，在设计上有所侧重，例如：有提高低速转矩特性的专用电机；有高速专用电机；有低噪声、低振动用的电机；有带测速发电机的电机及矢量控制专用电机等。
值得注意的是：随着交流变频电动机的广泛使用，国内、外大量用户和研究机构反映，交流变频调速电动机普遍存在绝缘早期损坏的现象。许多交流变频电机的使用寿命很短，长则两年或一年，短则只有几个星期，甚至个别电机在试运行期间就出现电机绝缘损坏的情况，而且损坏通常友生在匝间。这引起了国内、外学者和专家的广泛关注，是电力逆变技术的发展应用给电机绝缘技术提出的新课题。实践证明，过去几十年研究和制定的有关工频正弦电机的绝缘设计理论，不能完全适用于交流变频调速电机。需要研究变频电机绝缘损坏的原因，探讨交流变频电机绝缘设计的基本原理，寻求改进绝缘设计的方式方法，建立交流变频电机的工业标准和规则。
2交流变频电机绝缘损坏原理
2.1 电磁线匝间绝缘损坏
全幅电压的跃变形成2倍于单个尖峰电压的瞬间高压，将击穿匝间绝缘。变频调速交流电机大多采用绝缘栅双极型晶体管(igbt)元件和脉宽调制(pwm)控制技术。
(1)第一个尖锋电压的生成。igbt可以提供上升时间极短的电涌，其上升时间约几十s，可以产生较高频率的开关脉冲，频率高达几十khz，甚至几百khz。当电压的快速上升沿从变频器传导至电机终端电缆时，由于电机和电缆的阻抗不匹配，产生第一个反射电压波，反射波返回变频器。在该反射波的感应下，另一个由电缆和变频器阻抗不匹配产生两个反射波。这个反射波和原始电压波重叠被放大，第一个尖峰电压在电压波前沿生成。
(2)全幅电压的形成。由于变频电机采用了pwm控制技术，其脉冲波形有两种频率。一是开关频率，开关频率增加多少倍，尖锋电压的重复频率也增加多少倍；第二个是基本频率，接控制电机的转速。在每一个基本频率开始时，脉冲极性从正到负或从负到正。由igbt产生的尖峰电压和pwm产生的脉冲电压重叠形成了一个全幅电压，它的值是尖峰电压值的2倍。在变频电机开起的这一刻，电机绝缘受着巨大全幅电压的冲击。
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