广东省东莞电机有限公司

变频电机绝缘系统失效机理：

当前变频驱动电源，基本采用IGBT技术，其功率范围0.75-1000KW。IGBT技术可以提供上升时间极短的电涌，其上升时间约20-100μs，开关频率高达20KHZ。

东莞电机所看到一个瞬间快速上升的电压从变频器到达电机末端电缆时，是由于电机和电缆的阻抗不匹配，产生一个反射波，这个反射波加在原始电压波上，在电压波前沿产生一个尖峰电压，电机端的过电压值随着电缆长度的增加而增加，并趋向于饱和。过电压开始产生于电压上升沿和下降沿处，并产生衰减振荡，其衰减服从于指数规律。

对PWM驱动脉冲波形有两种频率，一是开关频率，它表示脉冲速度，尖峰电压的重复频率与开关频率成正比。另一是基本频率，直接控制电机的转速。在每一个基本频率开始时，脉冲极性从正到负或从负到正，电机绝缘承受一个两倍于尖峰电压值的全幅电压。在三相电机中，电机绕组的相邻两匝有时分属不同的相，由于相邻两匝中的电压极性可能会不同，全幅电压的跃变也可能达到两倍于尖峰电压值。测试结果表明，在一个380/460V交流系统中，测得的尖峰电压值为1.2-1.5KV，575/600V的变频系统中，测得的尖峰电压值可达1.6-1.8KV。

1.局部放电和空间电荷造成电磁线绝缘层损坏

电机绕组的过电压，会在绕组的匝间产生表面局部放电。由于电离作用，在空气隙中又会产生空间电荷，形成一个与外加电场反向的感应电场。当电压极性改变时，这个反向电场与外加电场方向一致，会产生一个更高的电场强度，导致局部电荷放电的增加，而引起绝缘击穿。当尖峰电压的上升时间小于0.1μs时，则将有80%的电势加在绕组的前两匝上。电压上升时间越短，电冲击越大，匝间绝缘寿命就越短。

2.高频尖峰电压产生电介质损耗、导致绝缘加速老化

当作用于电机中的电磁场超过绝缘体临界值时，其介质损耗迅速增加。当频率上升时，局部放电随之增加，并产生热量，这些势量又引起更大的漏电流，使绝缘介质每单位体积的损耗增加，电机温升上升，绝缘加速老化。

3.主绝缘、相绝缘和绝缘漆的

变频电机的绕组承受尖峰幅值的振荡电压，使得电机的主绝缘、相绝缘和绝缘漆承受更高的电场强度。另一方面电机绕组匝间发生局部放电时，会使绝缘中分布电容所储存的能量变为热辐射以及机械和化学能，造成整个绝缘系统的劣化，大大降低了绝缘的击穿电压，当所加电压的值达到绝缘的击穿电压时，就会发生整个绝缘系统的失效。

4.频繁的起制动、电磁激振力和振动引起的循环交变应力造成电机绝缘的加速老化

变频绝缘系统的设计：

根据上述变频电机绝缘损坏机理，东莞电机厂清楚知道变频电机绝缘结构设计主要考虑：(1)选用符合要求的电磁线；(2)保证电机绕组获得无气隙绝缘；(3)改良整个绝缘结构的整体性，提高机械强度。

由于目前市场上变频器的种类很多，不同变频器电源的输出波形不尽相同，考虑到变频驱动系统的性能/价格比，设计了三种绝缘结构：(1)GIRIS绝缘系统 适用于U峰值<1000V，电压沿上升时间>2μs；(2)PIRIS绝缘系统适用于U峰值<1000V，电压沿上升时间>0.2μs；(3)PIRIS绝缘系统适用于U峰值<1600V，电压沿上升时间>0.1μs。

 
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