变频电机耐电晕绝缘材料破坏机理分析

变频电机耐电晕绝缘材料破坏机理分析 1 2 2 2 3 3 4 5 5 5 6 7 71.前言脉宽调制(PWM)变频技术的发展与进步，使电动机的交流调速技术日益成熟。交流调速电机是由变频器、电动机和连接电缆组成，与直流调速电机相比，它具有节能、体积小、易于维护等优点，在电力机车、船舶、冶金等领域获得了广泛认可。起初，人们将变频器直接应用于普通电机上，原本在工频交流条件下使用15年的电机，在安装变频器后运行一至二年甚至几个月就出现了绝缘损坏这种情况在国内外均有出现。为了延长变频电机的使用寿命，研究人员曾提出了以下3种解决方案：1)第一，缩短变频器与电机之间电缆的长度以降低过充电压；2)第二，增加电磁线绝缘层厚度，并在线圈两端接口和不同相间增加额外3)第三，使用具有耐电晕腐蚀能力的绝缘电磁线。尽管第一种方案可以在一定程度上减小电机端子上的尖峰过电压，但不能消除电压在绕组上的极不均匀分布，对延长电机的使用寿命方面效果不明显。第二种方案可以在一定程度上延长电机的寿命，机制造中的生产装备、工艺参数等都需重新设计，这些2.电机绝缘的工作环境及破坏机理变频调速电机是由变频器、电缆和电机组成的。建立在快导通和快关断的基础上，最高可达30~40kHz,正常工作情况下为20是由于这种脉冲电压不同于工频正弦电压，成了一系列的影响。当变频器将工频正弦波转化成变频器通过电缆传到电机的接线端，由于电缆与电机反射波反馈又产生二次反射，二次反射波与原缆的长度和脉冲电压的上升沿时间。通常电缆长布不均。据Rhudy,Tang等在模分析，表明在电动机定子绕组的首端几匝上承担了约80%过电压幅值，这样绕组首匝处承受的匝间电压超过工频交流电压条件下平均匝间电压的10倍以上!!!尽管在使用变频器后，电机首匝附近的电压比工频交流条件下提高了10倍主要原因，而介质损耗发热、空间电荷、电磁激振形下对聚酞亚胺为绝缘材料的电磁线进行测试材料在较短时间内就会被击穿，而不存在局部放支持，Hwang等人研究了25种变频电机用电磁因子后认为，得到的结论与Kaufhold的结论完全相同。Beekman,Metzler等人研究表明，绝缘材料的耐电晕能力不同会导致变3.耐电晕绝缘材料的研究现状尽管绝缘材料研究人员通过在聚合物中填充无性能，但是由于早期无机填料制造技术只能达进入20世纪90年代后，随着纳米材料制备技术的逐渐成熟，人们开始将纳米粒子填充到具有较高耐温等级的漆包线漆中，制成耐线的耐电晕性能提高5~100倍。其中，最为典型的就是Dupont公司生产的耐据美国专利US4935302介绍，在绝缘漆中添加粒度为5~500nm的氧化铬，或氧化铁和氧化铬的混合物，填充量约为10%~30%,可以大大提高耐电晕能和r氧化铝的混合物，使耐电晕能力提高3~4倍。美国的PhelpsDodge公司研氧化硅、氧化锌、氧化铁等无机氧化物填充的耐电度对该课题进行了研究，取得较大的进展，有些成果正器科学研究所和上海电缆研究所研究的成果在常熟豪其根本原因在于纳米粒子在聚合物中没有得到有效均苯型聚酸亚胺薄膜以其优异的耐热、机械、广泛的应用。1994年，美国Dupont公司在聚酞亚胺前体中填充了纳米氧化铝KaptonCR薄膜就是先将气相氧化铝和N,N—二甲基乙酞胺制成稳定的悬浮体，然后再与聚酞胺酸溶液混合，经热亚胺化制得。该2)试验表明，KaptonFCR薄膜在20kV的工频交流电条件下，耐电晕老化寿命可超过100000h,而在同样条件下普通聚酞亚胺薄膜只有200h。3)该耐电晕薄膜绕组线已得到ABB和西4)我国株洲电力机车研究所与常熟豪威富集团公司合作酞亚胺薄膜绕包并烧结在铜线上，应用于1020kW,电压1950kV,转速40006)目前市场上已出现国产耐电晕聚酸亚胺薄相近的条件下，平均耐电晕寿命可达KaptonCR薄膜的60%,但产品质量不稳有机硅树脂是一类以硅氧键为主链、以有机基于Si—O键键能是373kJ/mol,比C—C键键能(245kJ/mol)高50%以上，有机硅树脂分子结构接近于硅酸盐的结构，是一种半无机高一般聚合物高。此外，无溶剂有机硅树脂具能以及机械性能，适合用作真空压力浸溃工艺的浸溃漆180有机硅树脂在特种高可靠性需求。目前，国内已经逐步在开始消化和吸收国外的C级绝缘结构体司在KZ4A型和DJ4型牵引电机上分别采用了3551无溶剂有机硅树脂和Wacker株洲时代新材料科技股份有限公司经过几年的技术攻4.耐电晕机理研究第6页共7页模型，用于解释纳米层状材料在提高聚合物耐电晕性能通过比较聚酞胺和聚酞胺/层状硅酸盐纳米复合材料合物处于高度有序状态，且或多或少地存在结晶现约为1nm,耐电晕性能次之。第三层主要是非晶态聚合物，耐电晕性能较差。用下，表层的聚合物首先遭到破坏而分解。之后物耐电晕性能较弱而被破坏，当局部放电遇到球形粒于其较强的耐电晕性能，破坏通道将沿着中间4.2.协同效应材料在电晕条件下的老化是光、热、电以及化学过电晕放电破坏后，析出的纳米TiO₂微粉层改善了间隙中的电场分布特性，并5.存在的问题及研究方向过早破坏向题。但迄今为止，国内外提出的技术路对纳米粒子在提高聚合物的耐电晕性