变频电机绝缘损坏及对策

时间：2020-09-29

变频电机的绝缘损坏机理：

变频电机过电压

变频电机在使用的过程中不但同普通电机一样的受到操作过电压的冲击，而且会受到PWM(脉宽调制)波行波过电压和反向电场过电压的冲击。只要变频电机启动运行，这些类型的过电压就一直的存在，并对变频电机绝缘产生严重的损害。

PWM调制波行波过电压

目前变频广泛的采用PWM调制技术，PWM的脉冲波形频率有开关频率和基本频率两种形式。其中由于电压信号的传播形式为波的形式，PWM的脉冲电压值的峰值重复频率会与开关频率保持同步增长的关系。基本频率直接影响电压脉冲极性的转变和变频电机的转速。由于变频电机和逆变器的电阻率远大于输电线的电阻率，因此在它们之间传播的PWM脉冲电压因反射波的作用而导致PWM过电压可达双频电机工作电压的2倍。

反向电场叠加过电压

外部的电场作用可以使得绝缘介质中的正、负电荷产生瞬间的相对运动从而形成位移较化，这种较化由于其时间非常短(越10-15-10-12s)，因此也被称为瞬间位移较化。同时外部电场也会使绝缘介质的偶较发生转向作用，这种作用被称为偶较转向较化，这种较化的时间不同于位移较化，它的时间相对十分缓慢(10-10-10-2s)，因而也叫松弛较化。但是变频电机的PWM脉冲电压波的频率在几百HZ到几千HZ之间，因而其周期就很短(10-5-10-3S)，已经可以达到偶较转向较化的时间，从而导致绝缘中的电荷转移产生的电场滞后，因此了与外部电场方向一致的反向电场，从而产生反向电场叠加过电压。

变频电机的热效应

变频马达不但同普通电机一样受到性质相同的热效应的作用，同时由于PWM调控而带来的集肤热效应，并且绝缘介质由于其自身发热的作用而产生热效应。

集肤热效应

变频电机的集肤热效应和变频电机的PWM脉冲电压的频率呈正比关系。普通电机的集肤热效应仅仅是在电机启动时才会产生，但是由于变频电机的脉冲电压波的频率一直很高，因此导致集肤热效应伴随电机整个运行周期。变频电机的转子绕组导体由于其耗损多、产生热量大，因而是产生集肤热效益比较严重的部位。总之，变频电机的集肤热效应要比普通电机严重的多。

绝缘介质自身发热

变频电机的绝缘介质由于脉冲调制的作用而导致电耦较子转动的频率相对频繁，这就大大的提高了绝缘介质的电应力，绝缘介质因电应力强度大而导致其耗损和产生大量的热量，过多的热量很严重的影响变频电机的绝缘介质的性能和寿命。

目前PWM脉冲电压波的频率较高可以到达104HZ，而一般**绝缘介质的自身的设计频率在104-105HZ之间，因此PWM脉冲电压波的频率已经快达到绝缘介质的设计频率的下限，而随着集成门较换流晶闸管(IGCT)和绝缘栅双较型晶体管(IGBT)等材料应用到变频电机中而导致电机的工作电压的频率更高，这就导致绝缘材料的热效应也随之越来越严重。

可以设想，当变频电机的PWM脉冲电压波的频率大于或等于绝缘介质的设计频率，此时的状况就如同微波炉工作原理一样，而绝缘介质如同食品一样被PWM脉冲电压波被迅速的加热，这也是变频电机使用过程中急需要解决的技术问题，需要改善新的、高性能的绝缘材料来加以解决这一难题。

变频电机绝缘局部放电

变频电机绝缘的局部放电是绝缘失效的主要原因之一。绝缘部位局部放电对绝缘失效作用主要包括3主形式：

绝缘部位的局部放电会与空气中的O2反应产生一定量的O3，和空气中的氮气以及水蒸气生产硝酸，臭氧和硝酸都具有强氧化性，会氧化绝缘材料，改变了绝缘材料的性质;

局部放电使得大量的电子撞击绝缘介质，其中电子的撞击能量会达到10eV，而绝缘介质分子聚合键之间C-H为3.5eV，C-C键为6.2eV，这会使绝缘材料的分子结构产生裂解，从而使绝缘材料失效;

局部放电还会产生X射线和紫外线，这些都会对绝缘材料产生辐射作用。然而在PWM脉冲的作用下，电压波的脉冲频率比较大，这会导致局部放电的次数多，放电能量大，这就加大了绝缘材料的失效率。

减少绝缘损害的对策：

采用合理的绕线、嵌线等绝缘生产技术。变频电机的绝缘材料的绕线、嵌线工艺必须加以控制，防止在生产中伤害了导线，将线圈的端部位加以固定使之形成整体，确保整个绝缘材料的强度。

采用聚酰亚胺系列绝缘材料来代替现阶段的**材料，这样就能比较彻底的解决绝缘部位的热效应的问题。聚酰亚胺系列绝缘材料是新型纳米无机材料，其表面的导电率比较大，能强有力的保留在其表面的电子，这会使得反向叠加电场的场强变小，这样会有效的降低过电压对绝缘材料的破坏作用。而且无机材料分子的键能比较大，能有效的抗击局部放电时的电子冲击。

使用真空压力无溶剂浸漆和聚酰亚胺系列绝缘材料，真空压力无溶剂浸漆采用的是无气隙绝缘，能减少绝缘材料中的空气等杂质，能减少局部放电的危害。

提高绝缘材料的整体机械强度。提高机械强度能增加抗热熔、抗振动以及抗电磁激振力，因此提高了变频电机绝缘系统的整体机械强度能使其更有效的抵抗脉冲电压波的作用、提高对各种热效应的能力以及电机使用过程中的机械振动的影响。

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词条说明
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防爆电机的原理知识
一、防爆原理1、为什么要用防爆电机？在一些具有爆炸危险的场所，当气体或粉尘遇着点火源或高温，就会发生燃烧或爆炸。而电机在运行中，可能会发生电弧或电火花，这些都是强点火源，遇到爆炸性的粉尘或气体，就可能要发生爆炸。2、隔爆电机的隔爆原理隔爆型电机的防爆原理是：将电机的带电部件放在特制的外壳内，该外壳具有将壳内电气部件产生的火花和电弧与壳外爆炸性混合物隔离开的作用，并能承受进入壳内的爆炸性混合物被壳内
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防爆电机选型
选用防爆电机要考虑如下三个主要因素1、在电压、频率、转速确定后，按照电机所拖动负荷及供电网络状况，选取过安装系数K，确定电机功率。由安装方式从电机样本中查出安装尺寸。也有先从已确定的中心高从样本中选择电机功率的情况。2、确认技术指标是否满足要求(供、需双方在技术协议中敲定)。对于绕线转子电机，为了选用配套的启动、调速系统，还需要供方提供转子电压U2及电流I2的数值。3、按照使用环境确定防护等级及防