低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)散嵌繞組絕緣受損問題探討

當(dāng)?shù)蛪鹤冾l異步電動(dòng)機(jī)的供電方式是通過變頻器的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生陡然上升的脈沖電壓或者所謂的尖峰過電壓，這能夠?qū)е码妱?dòng)機(jī)的輸入端出現(xiàn)瞬間過電流或者過電壓的情況，從而會(huì)讓局部的功能損耗集中產(chǎn)生，這就是我們常說的介電應(yīng)力。如果在電動(dòng)機(jī)的輸入端產(chǎn)生了非常大的短暫的沖擊電壓，那么就會(huì)在其下列的位置產(chǎn)生非常高的介電應(yīng)力，特別是在電動(dòng)機(jī)的相間以及匝間區(qū)域分布的一些電容就會(huì)可能同諧波阻抗產(chǎn)生共振的現(xiàn)象，這直接會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)內(nèi)部相間或者匝間的絕緣特性。因此，為了能夠準(zhǔn)的判斷出低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)的絕緣現(xiàn)狀，可以通過定期的對介質(zhì)的損耗狀況進(jìn)行檢測，也就是定期的檢查介質(zhì)的損耗因數(shù)。

1 變頻電機(jī)絕緣損壞的主要機(jī)理

1.1 導(dǎo)致變頻電機(jī)絕緣損壞的原因分析

⑴電機(jī)的繞阻在前期制作的過程中損傷了內(nèi)部的匝間絕緣，給后期留下了隱患

散匝線圈和圈式的線圈一般都是由很多匝的導(dǎo)線纏繞而成的，在電機(jī)的繞阻和線圈生產(chǎn)工藝中，很多工序都會(huì)影響匝間的絕緣特性。比如常見的開型、模壓、繞線、接線、干燥、浸漬、裝配以及復(fù)型等不同的生產(chǎn)工序由于操作人員的工藝水平各不相同，因此導(dǎo)致了導(dǎo)線的絕緣特性都受到了不同程度的損壞。在這些生產(chǎn)的工序中，特別是在嵌線、開型等過程中對于匝間的絕緣特性影響程度是最大的，嚴(yán)重的時(shí)候有可能導(dǎo)致匝間的導(dǎo)體形成金屬性的低電阻，這非常容易出現(xiàn)短路的情況。

⑵電機(jī)在后期的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象會(huì)損壞內(nèi)部的匝間絕緣特性

電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行的時(shí)候，匝間繞阻絕緣的正常電壓是非常低的，一般都是在幾伏到幾百伏的范圍以內(nèi)，這電壓相對于繞阻導(dǎo)線的絕緣耐壓水平來說非常低。但是在運(yùn)行的過程中，電機(jī)匝間的絕緣在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)受到超過正常電壓范圍幾十倍甚至是上百倍的過電壓影響。

此外，匝間的過電壓現(xiàn)象還和元件數(shù)量、過電壓作用的次數(shù)以及繞阻的元件匝數(shù)等一些因素有直接的關(guān)系，因此我們必須充分的注重各種過電壓對于電機(jī)絕緣特性的影響程度。除了過電壓的影響因素以外，電機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，匝間的絕緣還受到了潮氣、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量以及震動(dòng)、局部放電等各種因素的共同作用，損壞了絕緣特性，在電動(dòng)力的作用影響下，繞阻匝間還可能產(chǎn)生金屬性的短路現(xiàn)象。

1.2 介質(zhì)損耗和損耗因數(shù)的關(guān)系分析

電動(dòng)機(jī)絕緣性能好壞能夠通過絕緣介質(zhì)損耗的大小直接表現(xiàn)出來，同一臺低壓的變頻異步電動(dòng)機(jī)如果絕緣的性能比較好，那么其介質(zhì)的損耗相對來說就比較小，如果絕緣損耗的比較大，那么其介質(zhì)的損耗相對來說就比較大。是通常用來表示絕緣介質(zhì)損耗大小的特性的參數(shù)。當(dāng)電介質(zhì)受到交流電壓的作用時(shí)，其內(nèi)部流過的電流為。如果規(guī)定交流電壓和電流相互之間的夾角為，此夾角就稱之為功率因數(shù)角，其余角為，也就是介質(zhì)的損耗角，根據(jù)三角關(guān)系能夠得到：

然后可以得到介質(zhì)的損耗，其中，是并聯(lián)的等值電容，代表的是并聯(lián)等值電阻。根據(jù)公式能夠看出，當(dāng)電介質(zhì)以及外部作用的電壓和頻率確定后，那么介質(zhì)的損耗和以及是成正比例的關(guān)系，因此可以通過這兩個(gè)參數(shù)來表示介質(zhì)的損耗大小。因此很多時(shí)候我們都是通過和這兩個(gè)參數(shù)來判斷電動(dòng)機(jī)絕緣的好壞，通過記錄同一臺電動(dòng)機(jī)這兩個(gè)參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，能夠掌握該電動(dòng)機(jī)絕緣性能的發(fā)展趨勢，通過測量電動(dòng)機(jī)的這兩個(gè)參數(shù)也能夠發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)絕緣存在的一些列©洞。因此，對于低壓變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)來說，應(yīng)該定期的檢測這兩個(gè)參數(shù)值，通過這兩個(gè)參數(shù)值的變化來判定電動(dòng)機(jī)絕緣的受損耗程度大小。

2 檢測變頻異步電動(dòng)機(jī)繞阻絕緣©洞的主要方法

2.1 通過檢測的方法

低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的繞阻當(dāng)受潮或者局部放電，那么就會(huì)消耗部分的能量，這直接導(dǎo)致了介質(zhì)附加損耗變大，隨著外部作用的電壓變高，內(nèi)部放電的次數(shù)也會(huì)越來越多，因此附加的損耗就變得越來越大，因此通過測量這種附加損耗的狀況顯示內(nèi)部繞阻受潮和放電的方法稱為介質(zhì)損耗法。這種方法需要描繪出電動(dòng)機(jī)的和外部電壓u的關(guān)系曲線。當(dāng)曲線開始上升的時(shí)候入a點(diǎn)，對應(yīng)的電壓就是局部放電的初始電壓，因此如果低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的繞阻在不受潮的狀態(tài)下，該對應(yīng)曲線就會(huì)變成一條平行于橫軸的直線。測量的主要有以下四種方法：不平衡電橋的方法、平衡電橋的方法、相敏電路以及瓦特表方法。QSL型西林電路以及M-8000介損儀是一般應(yīng)用最為廣泛測量的儀器。

2.2 檢測對地電容的方法

檢測電動(dòng)機(jī)繞阻對地的電容方法也是用來監(jiān)測電動(dòng)機(jī)繞阻絕緣特性常用的手段之一。隨著低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)繞阻絕緣壽命的降低，導(dǎo)致絕緣的介電常數(shù)也隨之發(fā)生了較大的變化，這改變也會(huì)影響低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的繞阻電容值。另外，繞阻絕緣上的水、潮氣以及空隙等相關(guān)因素也會(huì)對電動(dòng)機(jī)繞阻的電容值產(chǎn)生較大的影響。如果電動(dòng)機(jī)的繞阻不存在孔隙或者不受到潮氣的影響，其繞阻的電容值一般情況下是沒有變化的。因此，可以將電容值的變化作為檢測絕緣系統(tǒng)性能退化的一個(gè)指標(biāo)。目前，市面上很多的變頻異步電動(dòng)機(jī)繞阻的絕緣都是采用一些高性能的絕緣材料，而且在運(yùn)行的過程中隨時(shí)可以檢測繞阻的溫度，通過這樣的裝置能夠及時(shí)的對最高運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)控和限制，因此很少會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闇囟冗^高而損壞絕緣特性的情況。所以，變頻異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的繞阻對地電容不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的變化而產(chǎn)生明顯的改變，這也表明了其絕緣性能沒有發(fā)生大的改變。通常我們會(huì)采用QSL、QS3兩種儀器來測量低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的對地電容。

3 加強(qiáng)變頻電機(jī)絕緣特性的主要措施

3.1  電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)采用無空隙絕緣的方法

低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)如果內(nèi)部存在空氣間隙，那么由于高頻脈沖電壓的沖擊作用，就會(huì)在空氣的間隙中產(chǎn)生我們常見的空間電荷，這就會(huì)增加局部放電的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致絕緣性能遭到較大的損壞。因此，為了能夠保護(hù)絕緣特性，可以通過選擇比較合適的浸漬漆，通過正確的浸漬干燥工藝就能夠?qū)崿F(xiàn)無空隙絕緣。在選擇浸漬漆的時(shí)候一般是建議選擇低揮發(fā)特性的無溶劑特點(diǎn)的，而且要求其固化的速度比較快，揮發(fā)物要小于5%。浸漬工藝如果能采用滾浸或者滴浸的方式對保障電機(jī)絕緣性能更加有效，或者可用考慮采用VPI浸漆的方式。

3.2  電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)可用采用匝間絕緣的方式

匝間絕緣結(jié)構(gòu)的目的主要是為了提高匝間絕緣的初始放電電壓，同時(shí)可以避免機(jī)械損傷以及提高耐電暈的能力，為了提高漆膜的耐沖擊的特性，可以考慮選擇杜邦漆作為涂層的電磁線。比如常用的牌號為QPRW-3/200，這種電磁線成為耐電暈變頻線。在當(dāng)滿足實(shí)驗(yàn)條件的情況下比如溫度達(dá)到155度，20KHz，3KV的條件，其自身的耐高頻壽命能夠超過50個(gè)小時(shí)。

3.3  采用主絕緣的機(jī)構(gòu)形式

低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的主絕緣部分一般都是采用的復(fù)合材料，通常情況下是建議次啊要云母摻和的NHN，因?yàn)樵颇笇儆跓o機(jī)材料，自身的耐電暈性能非常好。采用這種絕緣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高電磁線的耐高頻脈沖性能，增加匝間絕緣的抗擊穿能力。另外，主絕緣采用這種無機(jī)材料合成的復(fù)合材料能夠有效的提高局部抗放電的能力，這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)用也能夠提高繞阻的可靠穩(wěn)定性。

3.4  合理的嵌線、繞線、接線制作工藝

⑴嵌線的工藝是非常重要的環(huán)節(jié)，在進(jìn)行嵌線工作之前應(yīng)該首先檢查鐵心的質(zhì)量，保證其沒有毛刺而且其長度要在要求的標(biāo)準(zhǔn)公差范圍以內(nèi)。嵌線的時(shí)候應(yīng)該首先將每組首支線圈的首匝線圈嵌入進(jìn)去，再將0.1毫米的聚酰亞胺薄膜插入進(jìn)去，讓其充當(dāng)首匝匝間絕緣材料。在絕緣處理工作完成后要繼續(xù)按照正常的工藝?yán)^續(xù)嵌線工作，當(dāng)嵌線工作到每組的線圈最后一匝的時(shí)候，應(yīng)該按照首匝絕緣的工藝完成。同時(shí)，在嵌線的工藝過程中，應(yīng)該保證相間絕緣和槽絕緣的位置到位，相間絕緣應(yīng)該高處絕緣繞阻的10-15mm，另外，在繞阻端部的地方應(yīng)該繼續(xù)增加0.13mm厚的線圈絕緣紙。

⑵固定環(huán)節(jié)，在繞阻端部線路的綁扎固定以及電纜的綁扎固定都是非常重要的環(huán)節(jié)，出線端的繞阻線路應(yīng)該采用硅橡膠軟管來固定，這能使得線圈的截面變小而且比較容易綁扎。同時(shí)在端部的固定時(shí)應(yīng)該怎講包扎的固定環(huán)，能夠使頂部的綁扎受力均勻，避免綁扎的作用力直接施加在線匝上。由于電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)等影響因素，為了提高整體的機(jī)械強(qiáng)度，電纜盡量的采用一次接線工藝，同時(shí)和繞阻端部共同用聚酯收縮管進(jìn)行綁扎固定。

綜上所述，低壓變頻異步電動(dòng)機(jī)的繞阻絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造工藝是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，我們必須嚴(yán)格的安裝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行制造，這有利于保障變頻電機(jī)能夠穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行。當(dāng)絕緣部分遭到損壞的時(shí)候，可以通過和來判定電動(dòng)機(jī)絕緣部分的損壞程度，最終可以根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)值的變化找出根本原因。

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