8 PWM逆变器供电电动机可用绝缘系统之间的比较 (电机译文集).pdfVIP

维普资讯 PWM逆变器供 电电动机可用绝缘系统之间的比较 奥斯汀 ·H ·邦尼特 (美 国IEEE) 曹秀萍译 周维 良校 提 要 本文确定 了需要两种取决于可用 电压波形 的电动机绝缘系统等级，介绍 了对不 同绕组应力的分析，论述 了对两种绝缘系统 (通用与专用逆变器供 电电动机的MG l部分30与31)的不 同要求，试验结果表 明当超过部分30电压水平时需要较高介 电 性能绝缘。还调查了现有 的，修复的与薪 电动机间的差别。 1．背景 制造工业 电动机有一个大型安装基地 ，这些 电动机都设计成在低 电压 (230／ 460V与60Hzac)下运作 。这基地很大一部分 电动机都 由各代调速传动装置供 电。 用于这些 电动机 的基本T型机座 电动机绝缘系统 已有 多年无多大变化 。然而，在 已 用 的传动技术 中已有一系列快速变化， 目前一代传动装置使用了高效、快速开关的 绝缘栅双极 晶体管 (IGBT)。 自引入IGBT技术 以来，有文件记载的通常由匝间短路或相对故障引起的绝缘 损坏愈来愈多。对这些损坏模式的严格检查表明相邻线匝间的绝缘介质击穿为最常 见的损坏模式。在有些情况下，很明显电晕是以导致绝缘击穿的局部放 电形式出现 的。 2．绝缘材料 的电气性能 [16] 本节将为读者提供一个通常在论述绝缘性能时使用的词汇表。 1)介质——绝缘体是能耐受 电应力的非导 电体 。好 的电绝缘体不一定是好 的 介质。耐 电流性能也许是高的，但该材料可能在较低 电压下击穿。 2)介质强度——这是一种对 以伏特 (v) ／密耳 (mil)表示的绝缘击穿 电压 的 量度 。大多数好 的介质材料 的范围为500 2500v／mil。温度 ，频率， 电压脉动， 湿度，以及几何形状都是影响绝缘材料介质强度 的因素。 3)耐压——这是一种对绝缘可 以耐受给定电压多久且仍保持其介质强度 的量 度。湿度，周期变化，温度，脉动，瞬态，以及材料成分对绝缘寿命有重大影响。 4)介质损耗——这是 由电场耗费并作为热量散失 的电能 ，因为绝缘不是一种 · 42 · 维普资讯 完好的介质。该损耗表示为功率因数， (tan)，介质常数，或 “Q”因数。 5)漏泄电流——这是 由表面或体积 电阻率测得的在绝缘上 电流穿过某种半导 体载体 的导通工况。低 的绝缘 电阻与水份或其它杂质相结合将会增大该电流。电飞 弧能引起会损坏绝缘的高温。 6)功率因数——这是与施加电压同相的经过绝缘损耗的功率与导体总功率之 比。 7)局部放 电 (电晕)——这是在 由电压应力 已超过临界值 的绝缘系统中的瞬 变气体 电离所引起 的局部间歇放 电。有三个基本类型：内部，表面，及尖端放 电。 影响局部放 电的因素为电压，频率，湿度，温度，电介质厚度，及几何形状。 8)介质吸收比——这是1分钟与10分钟绝缘 电阻读数之比。 3．材料老化与损坏 在过去十年中，已经越来越要求 电动机满足每机座尺寸较大功率，较高运行温 度，要求较高的占空系数，较高起动电流，频繁的电压瞬态，及严酷 的环境暴露的 需求。脉冲宽度调制 (I)WM) 的传动装置与伴生波形的出现大大增加了应力。在 这些工况下仍然要求电机有长的使用寿命和可靠的性能。 在分析与作为电动机心脏的定子绕组有关的使用寿命时，可以得出多数绕组损 坏通常都是 由作用于定子绕组的各种应力组合引起的结论。 可 以引起绝缘材料与系统老化及变质 的主要应力可 以分成如下几类： · 电应力是 由材料 中的电压梯度引起 的。一般认为如果该梯度不超过材料 的击 穿电压与温度极限，就不会引起任何显著的老化。然而，依据功率法则，最近已经 证实这种老化实际上可能在 比先前可能认为的低得多的临界电压时就开始 了。介 电 能力，损耗 因数，低 电压跟踪 ，局部放 电，及瞬变状态都可以成为影响加速老化 的 因素。 · 热应力通常是电动机及环境 中产生损耗组合引起的，当绝缘材料长时间暴露