西玛电机：变频电机绝缘损坏及应对方法

西玛电机：变频电机绝缘损坏的原因有哪些？

变频电机过电压

在变频电机的使用过程中，它们不仅像普通电机一样受到工作电压的影响，还受到PWM（脉宽调制）波过电压和反向电场过电压的影响。只要变频电机启动和运行，这些类型的过电压就会保留下来，并对变频电机的绝缘造成严重损坏。

变频电机绝缘损坏及应对方法有哪些？

PWM调制波行波过电压

目前，PWM调制技术广泛应用于变频中，PWM的脉冲波频率有两种形式：开关频率和接地频率。由于电压信号以波的形式传播，PWM脉冲电压值的峰值重复频率与开关频率保持同步增长关系。基频直接影响电压脉冲的极性转换和变频电机的速度。由于变频电机和逆变器的电阻远高于输电线路的电阻，在它们之间传播的PWM脉冲电压会由于反射波的影响而导致PWM过电压达到双频电机工作电压的两倍。

反向电场叠加过电压

外部电场可导致绝缘介质中正电荷和负电荷的瞬时相对运动，由于其时间非常短（10-12-12秒），因此也称为瞬时位移极化。同时，外部电场还可以使绝缘介质的偶极通过一种称为偶极复极的旋转效应。这种极化的时间与位移极化不同，其时间相对较慢（10-10-2s），因此也称为弛豫极化。然而，频率电机的PWM脉冲电压波频率范围从几百Hz到几千Hz，因此其周期非常短（10-5-10-3S），可以达到偶极极化的时间，导致绝缘中的电荷传输导致电场延迟。因此，产生与外部电场的方向一致的反向电场，导致反向电场的叠加浪涌。

变频电机的热效应

变频电机不仅受到与普通电机相同的热效应，还受到PWM控制引起的皮肤热效应，绝缘介质由于其自身的热效应而产生热效应。

集肤热效应

变频电机的趋肤热效应与变频电机的PWM脉冲电压的频率成正比。普通西玛电机的皮肤热效应仅在电机启动时发生，但由于变频电机中脉冲电压波的频率很高，皮肤热效应伴随着电机的整个运行周期。变频电机的转子绕组导体是一个由于其高消耗和高发热而为皮肤产生显著热效益的部件。简而言之，变频电机的趋肤热效应比普通电机要严重得多。

绝缘介质自身发热

变频电机的绝缘介质由于脉冲调制而相对频繁地旋转，这大大增加了绝缘介质的电压。绝缘介质的高电压强度导致其损耗并产生大量热量，严重影响变频电机绝缘介质的性能和使用寿命。

目前，PWM脉冲电压波的最大频率可达104Hz，而有机绝缘介质的设计频率通常在104-105Hz之间。因此，PWM脉冲电压波的频率已迅速达到绝缘介质设计频率的下限。随着集成栅极换向晶闸管（IGCT）和隔离栅极双极晶体管（IGBT）等材料在变频电机中的应用，电机工作电压的频率更高，从而对绝缘材料产生更强的热效应。

可以想象，如果变频电机的PWM脉冲电压波的频率大于或等于绝缘介质的设计频率，这种情况类似于微波炉的工作原理，并且食物等绝缘介质被PWM脉冲电压波形快速加热。这也是使用变频电机时需要解决的一个紧迫技术问题，需要改进新的高性能绝缘材料来解决这个问题。

变频电机绝缘局部放电

变频电机绝缘局部放电是导致绝缘失效的主要原因之一。绝缘部件局部放电对绝缘失效的影响主要包括三种主要形式：

绝缘区域的局部放电与空气中的O2反应产生一定量的O3，O3与空气中氮和水蒸气反应产生硝酸。臭氧和硝酸具有很强的氧化性能，可以氧化绝缘材料并改变其性能；

西玛电机局部放电导致大量电子与绝缘介质碰撞，电子的冲击能量达到10eV。绝缘介质分子的聚合物键之间的C-H和C-C键分别为3.5V和6.2eV，这会导致绝缘材料的分子结构破裂，导致绝缘材料失效；

局部放电也会产生X射线和紫外线辐射，这会对绝缘材料产生辐射效应。然而，在PWM脉冲的影响下，电压波的脉冲频率相对较高，导致更多的局部放电和更高的放电能量，从而增加了绝缘材料的故障率。

减少西玛电机绝缘损害的方法有哪些？

采用适当的绝缘生产技术，如缠绕和嵌入。变频电机绝缘材料的缠绕和埋设过程必须加以控制，以避免在生产过程中损坏电线。线圈的末端应连接到一个整体上，以确保整个绝缘材料的强度。

使用聚酰亚胺系列绝缘材料代替目前的有机材料，可以彻底解决绝缘领域的热冲击问题。聚酰亚胺系列绝缘材料是一种新型的具有高表面导电性的无机纳米材料，能在其表面强烈保留电子。这降低了反向叠加电场的场强，并有效地减少了过电压对绝缘材料的破坏作用。此外，无机材料分子的结合能相对较大，可以有效地承受局部放电过程中的电子冲击。

使用真空压力无溶剂浸渍和聚酰亚胺系列绝缘材料。真空压力无溶剂浸渍采用无间隙绝缘，可以减少绝缘材料中的空气等杂质，减少局部放电的损伤。

提高西安西玛电机绝缘材料的整体机械强度。提高机械强度可以增加对熔体、振动和电磁激励的抵抗力。因此，提高变频电机绝缘系统的整体机械强度可以使其更有效地承受冲击电压波的影响，提高其在电机使用过程中承受各种热效应和机械振动影响的能力。