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變頻電源系統工作時(shí)所產(chǎn)生的脈沖高頻電壓使電機機發(fā)生電暈,引起局部放電、介質(zhì)發(fā)熱、導致有機高分廣絕緣材料裂解,進(jìn)而導致變頻電機絕緣損壞。
具體來(lái)講,變頻調速系統是由變頻器、電纜和電機組成的。變頻器的核心控制部件有BJT(雙極晶體管)、IGBT(絕緣柵)等多種類(lèi)型,其中IGBT具有驅動(dòng)簡(jiǎn)單、易于保護和高速開(kāi)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。IGBT的高開(kāi)關(guān)速度建立在快導通和快關(guān)斷的基礎上,最高可達30一4okHz,正常工作情況下為20kHz。變頻器的輸出波形是具有陡上升沿和陡下降沿(0.1一0.51AS)的脈沖波,正是由于這種脈沖電壓不同于工頻正弦電壓,從而對變頻電機絕緣的工作環(huán)境造成了一系列的影響。
當變頻器將工頻正弦波轉化成脈沖波以后,該列脈沖波從變頻器通過(guò)電纜傳到電機的接線(xiàn)端,由于電纜與電機之間的阻抗不匹配將產(chǎn)生反射波。反射波反饋又產(chǎn)生二次反射,二次反射波與原始脈沖電壓波疊加,當疊加的脈沖電壓傳輸到電機時(shí),就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓。尖峰電壓的大小取決于電纜的長(cháng)度和脈沖電壓的上升沿時(shí)間。通常電纜長(cháng)度增加時(shí),電線(xiàn)兩端都產(chǎn)生過(guò)電壓,電機端的過(guò)電壓幅值隨電纜長(cháng)度增加而增加。
當變傾電機的絕緣線(xiàn)圈中通過(guò)脈沖電流時(shí),短上升沿時(shí)間的脈沖波引起電壓在線(xiàn)圈中的分布不均。在模擬電動(dòng)機定子繞組上進(jìn)行了電壓波形的測量,表明在電動(dòng)機定子繞組的首端幾匝上承擔了約80%過(guò)電壓幅值,這樣繞組首匝處承受的匝間電壓超過(guò)工頻交流電壓條件下平均匝間電壓的10倍以,雖然仍遠低于絕緣的擊穿電壓(變頻導線(xiàn)可耐受工頻電壓13000V),但是已經(jīng)超過(guò)了局部放電起始電壓??梢?jiàn)局部放電是造成變頻電機絕緣過(guò)早破壞的主要原因,而介質(zhì)損耗發(fā)熱、空間電荷、電磁激振以及振動(dòng)等多種因素的存在加速了材料的老化過(guò)程。
2、電機本身絕緣設計原因
工頻正弦電機的絕緣設計理論不能完全適用于交流變頻調速電機。因此在設計交流變頻電機絕緣結構時(shí),變頻電機的絕緣性能不僅要能滿(mǎn)足傳統意義上的抗熱老化、抗電老化要求,還要滿(mǎn)足耐高頻脈沖、耐局部放電的要求。
3、頻繁起停影響絕緣壽命