變頻電機絕緣損壞及應對方法有哪些？

編輯：電機生產廠家　　來源：西安西瑪電機　　發布時間：2023-12-11 14:21:03

摘要：提高變頻電機絕緣系統的整體機械強度可以使其更有效地承受沖擊電壓波的影響，提高其在西安西瑪電機使用過程中承受各種熱效應和機械振動影響的能力。

變頻電機絕緣損壞及應對方法有哪些？

西瑪電機：變頻電機絕緣損壞的原因有哪些？

變頻電機過電壓

在變頻電機的使用過程中，它們不僅像普通電機一樣受到工作電壓的影響，還受到PWM（脈寬調制）波過電壓和反向電場過電壓的影響。只要變頻電機啟動和運行，這些類型的過電壓就會保留下來，并對變頻電機的絕緣造成嚴重損壞。



PWM調制波行波過電壓

目前，PWM調制技術廣泛應用于變頻中，PWM的脈沖波頻率有兩種形式：開關頻率和接地頻率。由于電壓信號以波的形式傳播，PWM脈沖電壓值的峰值重復頻率與開關頻率保持同步增長關系。基頻直接影響電壓脈沖的極性轉換和變頻電機的速度。由于變頻電機和逆變器的電阻遠高于輸電線路的電阻，在它們之間傳播的PWM脈沖電壓會由于反射波的影響而導致PWM過電壓達到雙頻電機工作電壓的兩倍。

反向電場疊加過電壓

外部電場可導致絕緣介質中正電荷和負電荷的瞬時相對運動，由于其時間非常短（10-12-12秒），因此也稱為瞬時位移極化。同時，外部電場還可以使絕緣介質的偶極通過一種稱為偶極復極的旋轉效應。這種極化的時間與位移極化不同，其時間相對較慢（10-10-2s），因此也稱為弛豫極化。然而，頻率電機的PWM脈沖電壓波頻率范圍從幾百Hz到幾千Hz，因此其周期非常短（10-5-10-3S），可以達到偶極極化的時間，導致絕緣中的電荷傳輸導致電場延遲。因此，產生與外部電場的方向一致的反向電場，導致反向電場的疊加浪涌。

變頻電機的熱效應

變頻電機不僅受到與普通電機相同的熱效應，還受到PWM控制引起的皮膚熱效應，絕緣介質由于其自身的熱效應而產生熱效應。

集膚熱效應

變頻電機的趨膚熱效應與變頻電機的PWM脈沖電壓的頻率成正比。普通西瑪電機的皮膚熱效應僅在電機啟動時發生，但由于變頻電機中脈沖電壓波的頻率很高，皮膚熱效應伴隨著電機的整個運行周期。變頻電機的轉子繞組導體是一個由于其高消耗和高發熱而為皮膚產生顯著熱效益的部件。簡而言之，變頻電機的趨膚熱效應比普通電機要嚴重得多。

絕緣介質自身發熱

變頻電機的絕緣介質由于脈沖調制而相對頻繁地旋轉，這大大增加了絕緣介質的電壓。絕緣介質的高電壓強度導致其損耗并產生大量熱量，嚴重影響變頻電機絕緣介質的性能和使用壽命。

目前，PWM脈沖電壓波的最大頻率可達104Hz，而有機絕緣介質的設計頻率通常在104-105Hz之間。因此，PWM脈沖電壓波的頻率已迅速達到絕緣介質設計頻率的下限。隨著集成柵極換向晶閘管（IGCT）和隔離柵極雙極晶體管（IGBT）等材料在變頻電機中的應用，電機工作電壓的頻率更高，從而對絕緣材料產生更強的熱效應。

可以想象，如果變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率大于或等于絕緣介質的設計頻率，這種情況類似于微波爐的工作原理，并且食物等絕緣介質被PWM脈沖電壓波形快速加熱。這也是使用變頻電機時需要解決的一個緊迫技術問題，需要改進新的高性能絕緣材料來解決這個問題。

變頻電機絕緣局部放電

變頻電機絕緣局部放電是導致絕緣失效的主要原因之一。絕緣部件局部放電對絕緣失效的影響主要包括三種主要形式：

絕緣區域的局部放電與空氣中的O2反應產生一定量的O3，O3與空氣中氮和水蒸氣反應產生硝酸。臭氧和硝酸具有很強的氧化性能，可以氧化絕緣材料并改變其性能；

西瑪電機局部放電導致大量電子與絕緣介質碰撞，電子的沖擊能量達到10eV。絕緣介質分子的聚合物鍵之間的C-H和C-C鍵分別為3.5V和6.2eV，這會導致絕緣材料的分子結構破裂，導致絕緣材料失效；

局部放電也會產生X射線和紫外線輻射，這會對絕緣材料產生輻射效應。然而，在PWM脈沖的影響下，電壓波的脈沖頻率相對較高，導致更多的局部放電和更高的放電能量，從而增加了絕緣材料的故障率。

減少西瑪電機絕緣損害的方法有哪些？

采用適當的絕緣生產技術，如纏繞和嵌入。變頻電機絕緣材料的纏繞和埋設過程必須加以控制，以避免在生產過程中損壞電線。線圈的末端應連接到一個整體上，以確保整個絕緣材料的強度。

使用聚酰亞胺系列絕緣材料代替目前的有機材料，可以徹底解決絕緣領域的熱沖擊問題。聚酰亞胺系列絕緣材料是一種新型的具有高表面導電性的無機納米材料，能在其表面強烈保留電子。這降低了反向疊加電場的場強，并有效地減少了過電壓對絕緣材料的破壞作用。此外，無機材料分子的結合能相對較大，可以有效地承受局部放電過程中的電子沖擊。

使用真空壓力無溶劑浸漬和聚酰亞胺系列絕緣材料。真空壓力無溶劑浸漬采用無間隙絕緣，可以減少絕緣材料中的空氣等雜質，減少局部放電的損傷。

提高西安西瑪電機絕緣材料的整體機械強度。提高機械強度可以增加對熔體、振動和電磁激勵的抵抗力。因此，提高變頻電機絕緣系統的整體機械強度可以使其更有效地承受沖擊電壓波的影響，提高其在電機使用過程中承受各種熱效應和機械振動影響的能力。
關鍵詞：變頻電機,電機絕緣損壞

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