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內容簡(jiǎn)介：隨著(zhù)變頻電機這一新設備的廣泛使用，人們發(fā)現變頻電機尤其是低壓變頻電機的絕緣會(huì )過(guò)早的損壞，直接導致了變頻電機的使用壽命比普通電機短得多，甚至幾個(gè)星期就出現故障。因此，就需要對變頻電機絕緣損壞的機理進(jìn)行分析并探尋控制措施。

　　變頻電機廣泛使用給生產(chǎn)帶來(lái)方便同時(shí)也帶來(lái)了其絕緣體過(guò)早失效的問(wèn)題。本文主要從過(guò)電壓、熱效應和局部放電這三個(gè)方面來(lái)分析變頻電機絕緣體損壞的機理，并提出防止變頻電機絕緣過(guò)早失效的對策。
　　1引言
　　電工電子技術(shù)和微電子技術(shù)快速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的需要，變頻調速技術(shù)以及廣泛的在各種機械設備中加以應用。但是隨著(zhù)變頻電機這一新設備的廣泛使用，人們發(fā)現變頻電機尤其是低壓變頻電機的絕緣會(huì )過(guò)早的損壞，直接導致了變頻電機的使用壽命比普通電機短得多，甚至幾個(gè)星期就出現故障。因此，就需要對變頻電機絕緣損壞的機理進(jìn)行分析并探尋控制措施。
　　2 變頻電機的絕緣損壞機理
　　2.1 變頻電機過(guò)電壓
　　變頻電機在使用的過(guò)程中不但同普通電機一樣的受到操作過(guò)電壓的沖擊，而且會(huì )受到PWM（脈寬調制）波行波過(guò)電壓和反向電場(chǎng)過(guò)電壓的沖擊。只要變頻電機啟動(dòng)運行，這些類(lèi)型的過(guò)電壓就一直的存在，并對變頻電機絕緣產(chǎn)生嚴重的損害。
　　2.1.1 PWM調制波行波過(guò)電壓
　　目前變頻廣泛的采用PWM調制技術(shù)，PWM的脈沖波形頻率有開(kāi)關(guān)頻率和基本頻率兩種形式。其中由于電壓信號的傳播形式為波的形式，PWM的脈沖電壓值的峰值重復頻率會(huì )與開(kāi)關(guān)頻率保持同步增長(cháng)的關(guān)系。基本頻率直接影響電壓脈沖極性的轉變和變頻電機的轉速。由于變頻電機和逆變器的電阻率遠大于輸電線(xiàn)的電阻率，因此在它們之間傳播的PWM脈沖電壓因反射波的作用而導致PWM過(guò)電壓可達雙頻電機工作電壓的2倍。
　　2.1.2 反向電場(chǎng)疊加過(guò)電壓
　　外部的電場(chǎng)作用可以使得絕緣介質(zhì)中的正、負電荷產(chǎn)生瞬間的相對運動(dòng)從而形成位移極化，這種極化由于其時(shí)間非常短（越10-15-10-12s），因此也被稱(chēng)為瞬間位移極化。同時(shí)外部電場(chǎng)也會(huì )使絕緣介質(zhì)的偶極發(fā)生轉向作用，這種作用被稱(chēng)為偶極轉向極化，這種極化的時(shí)間不同于位移極化，它的時(shí)間相對十分緩慢（10-10-10-2s），因而也叫松弛極化。但是變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率在幾百HZ到幾千HZ之間，因而其周期就很短（10-5-10-3S），已經(jīng)可以達到偶極轉向極化的時(shí)間，從而導致絕緣中的電荷轉移產(chǎn)生的電場(chǎng)滯后，因此了與外部電場(chǎng)方向一致的反向電場(chǎng)，從而產(chǎn)生反向電場(chǎng)疊加過(guò)電壓。
　　2.2 變頻電機的熱效應
　　變頻電機不但同普通電機一樣受到性質(zhì)相同的熱效應的作用，同時(shí)由于PWM調控而帶來(lái)的集膚熱效應，并且絕緣介質(zhì)由于其自身發(fā)熱的作用而產(chǎn)生熱效應。
　　2.2.1集膚熱效應
　　變頻電機的集膚熱效應和變頻電機的PWM脈沖電壓的頻率呈正比關(guān)系。普通電機的集膚熱效應僅僅是在電機啟動(dòng)時(shí)才會(huì )產(chǎn)生，但是由于變頻電機的脈沖電壓波的頻率一直很高，因此導致集膚熱效應伴隨電機整個(gè)運行周期。變頻電機的轉子繞組導體由于其耗損多、產(chǎn)生熱量大，因而是產(chǎn)生集膚熱效益比較嚴重的部位。總之，變頻電機的集膚熱效應要比普通電機嚴重的多。
　　2.2.2 絕緣介質(zhì)自身發(fā)熱
　　變頻電機的絕緣介質(zhì)由于脈沖調制的作用而導致電耦極子轉動(dòng)的頻率相對頻繁，這就大大的提高了絕緣介質(zhì)的電應力，絕緣介質(zhì)因電應力強度大而導致其耗損和產(chǎn)生大量的熱量，過(guò)多的熱量很?chē)乐氐挠绊懽冾l電機的絕緣介質(zhì)的性能和壽命。目前PWM脈沖電壓波的頻率最高可以到達104HZ，而一般有機絕緣介質(zhì)的自身的設計頻率在104-105HZ之間，因此PWM脈沖電壓波的頻率已經(jīng)快達到絕緣介質(zhì)的設計頻率的下限，而隨著(zhù)集成門(mén)極換流晶閘管（IGCT）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等材料應用到變頻電機中而導致電機的工作電壓的頻率更高，這就導致絕緣材料的熱效應也隨之越來(lái)越嚴重。可以設想，當變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率大于或等于絕緣介質(zhì)的設計頻率，此時(shí)的狀況就如同微波爐工作原理一樣，而絕緣介質(zhì)如同食品一樣被PWM脈沖電壓波被迅速的加熱，這也是變頻電機使用過(guò)程中急需要解決的技術(shù)問(wèn)題，需要改善新的、高性能的絕緣材料來(lái)加以解決這一難題。
　　2.3 變頻電機絕緣局部放電
　　變頻電機絕緣的局部放電是絕緣失效的主要原因之一。絕緣部位局部放電對絕緣失效作用主要包括3主形式：
　　（1）絕緣部位的局部放電會(huì )與空氣中的O2反應產(chǎn)生一定量的O3，和空氣中的氮氣以及水蒸氣生產(chǎn)硝酸，臭氧和硝酸都具有強氧化性，會(huì )氧化絕緣材料，改變了絕緣材料的性質(zhì)；
　　（2）局部放電使得大量的電子撞擊絕緣介質(zhì)，其中電子的撞擊能量會(huì )達到10eV，而絕緣介質(zhì)分子聚合鍵之間C-H為3.5eV，C-C鍵為6.2eV，這會(huì )使絕緣材料的分子結構產(chǎn)生裂解，從而使絕緣材料失效；
　　（3）局部放電還會(huì )產(chǎn)生X射線(xiàn)和紫外線(xiàn)，這些都會(huì )對絕緣材料產(chǎn)生輻射作用。然而在PWM脈沖的作用下，電壓波的脈沖頻率比較大，這會(huì )導致局部放電的次數多，放電能量大，這就加大了絕緣材料的失效率。
　　3 減少絕緣損害的對策
　　（1）采用合理的繞線(xiàn)、嵌線(xiàn)等絕緣生產(chǎn)技術(shù)。變頻電機的絕緣材料的繞線(xiàn)、嵌線(xiàn)工藝必須加以控制，防止在生產(chǎn)中傷害了導線(xiàn)，將線(xiàn)圈的端部位加以固定使之形成整體，確保整個(gè)絕緣材料的強度。
　　（2）采用聚酰亞胺系列絕緣材料來(lái)代替現階段的有機材料，這樣就能比較徹底的解決絕緣部位的熱效應的問(wèn)題。聚酰亞胺系列絕緣材料是新型納米無(wú)機材料，其表面的導電率比較大，能強有力的保留在其表面的電子，這會(huì )使得反向疊加電場(chǎng)的場(chǎng)強變小，這樣會(huì )有效的降低過(guò)電壓對絕緣材料的破壞作用。而且無(wú)機材料分子的鍵能比較大，能有效的抗擊局部放電時(shí)的電子沖擊。
　　使用真空壓力無(wú)溶劑浸漆和聚酰亞胺系列絕緣材料，真空壓力無(wú)溶劑浸漆采用的是無(wú)氣隙絕緣，能減少絕緣材料中的空氣等雜質(zhì)，能減少局部放電的危害。
　　提高變頻電機絕緣材料的整體機械強度。提高機械強度能增加抗熱熔、抗振動(dòng)以及抗電磁激振力，因此提高了變頻電機絕緣系統的整體機械強度能使其更有效的抵抗脈沖電壓波的作用、提高對各種熱效應的能力以及電機使用過(guò)程中的機械振動(dòng)的影響。

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