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(diào)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。

變頻電機絕緣損壞及應(yīng)對方法有哪些？

PWM調(diào)制波行波過電壓

目前，PWM調(diào)制技術(shù)廣泛應(yīng)用于變頻中，PWM的脈沖波頻率有兩種形式：開關(guān)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(fù)頻率與開關(guān)頻率保持同步增長關(guān)系。基頻直接影響電壓脈沖的極性轉(zhuǎn)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(dǎo)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(dǎo)致絕緣介質(zhì)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(zhì)的偶極通過一種稱為偶極復(fù)極的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。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(dǎo)致絕緣中的電荷傳輸導(dǎo)致電場延遲。因此，產(chǎn)生與外部電場的方向一致的反向電場，導(dǎo)致反向電場的疊加浪涌。

變頻電機的熱效應(yīng)

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

集膚熱效應(yīng)

變頻電機的趨膚熱效應(yīng)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(yīng)僅在電機啟動時發(fā)生，但由于變頻電機中脈沖電壓波的頻率很高，皮膚熱效應(yīng)伴隨著電機的整個運行周期。變頻電機的轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體是一個由于其高消耗和高發(fā)熱而為皮膚產(chǎn)生顯著熱效益的部件。簡而言之，變頻電機的趨膚熱效應(yīng)比普通電機要嚴重得多。

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(diào)制而相對頻繁地旋轉(zhuǎn)，這大大增加了絕緣介質(zhì)的電壓。絕緣介質(zhì)的高電壓強度導(dǎo)致其損耗并產(chǎn)生大量熱量，嚴重影響變頻電機絕緣介質(zhì)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(zhì)的設(shè)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(zhì)設(shè)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(yīng)用，電機工作電壓的頻率更高，從而對絕緣材料產(chǎn)生更強的熱效應(yīng)。

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(zhì)的設(shè)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(zhì)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(shù)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(dǎo)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(qū)域的局部放電與空氣中的O2反應(yīng)產(chǎn)生一定量的O3，O3與空氣中氮和水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)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(dǎo)致大量電子與絕緣介質(zhì)碰撞，電子的沖擊能量達到10eV。絕緣介質(zhì)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(dǎo)致絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)破裂，導(dǎo)致絕緣材料失效；

局部放電也會產(chǎn)生X射線和紫外線輻射，這會對絕緣材料產(chǎn)生輻射效應(yīng)。然而，在PWM脈沖的影響下，電壓波的脈沖頻率相對較高，導(dǎo)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(dāng)?shù)慕^緣生產(chǎn)技術(shù)，如纏繞和嵌入。變頻電機絕緣材料的纏繞和埋設(shè)過程必須加以控制，以避免在生產(chǎn)過程中損壞電線。線圈的末端應(yīng)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(lǐng)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(dǎo)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(jié)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(zhì)，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(tǒng)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(yīng)和機械振動影響的能力。