低壓變頻異步電動機散嵌繞組絕緣受損分析

郝金玉

(海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

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低壓變頻異步電動機散嵌繞組絕緣受損分析

郝金玉

(海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

摘要交流電場作用下，絕緣體里的局部放電會造成能量損耗，此種損耗稱為絕緣介質(zhì)損耗。在電機絕緣材料中，絕緣介質(zhì)損耗的大小，是絕緣性能優(yōu)劣的一種表現(xiàn)，而介質(zhì)損耗P與介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ或Cp成正比。 因此可以用tanδ或Cp表示介質(zhì)損耗的大小，絕緣的好壞可直接由Cp、tanδ的大小來判斷。同時，通過分析tanδ或Cp可有效掌握絕緣設備絕緣的發(fā)展趨勢，及時發(fā)現(xiàn)絕緣存在的缺陷。

關(guān)鍵詞變頻異步電動機；散嵌繞組絕緣；介電常數(shù)；沖擊電壓；局部放電

0引言

低壓變頻異步電動機采用變頻器供電時，產(chǎn)生的尖峰過電壓及陡然上升的脈沖電壓可使電動機進線端出現(xiàn)瞬時過電壓或瞬時過電流，并產(chǎn)生瞬時的局部功耗集中，即所謂的介電應力。當電動機接線端承受很大的短時上升的沖擊電壓，則電動機的下列位置將產(chǎn)生高介電應力，尤其是電機的匝間及相間的分布電容可能與諧波阻抗發(fā)生共振現(xiàn)象進而損壞電機的匝間及相間絕緣。因此為了判斷變頻異步電動機絕緣狀況，就必須定期檢測其介質(zhì)損耗的變化情況，即定期測量介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ，下面就tanδ的概念及散嵌繞組絕緣受損情況的判斷方法做詳細分析。

1由放電引起的變頻異步電動機絕緣的介質(zhì)損耗

在調(diào)頻電壓作用下，絕緣產(chǎn)生一定的能量損耗，稱之為介質(zhì)損耗。產(chǎn)生的主要原因是電介質(zhì)電導、極化和局部放電。本文重點討論的是局部放電引起的損耗。

在異步電動機的絕緣材料中，不可避免的會有些氣隙或油隙。在交變電壓下，電場的分布主要與該材料的介電系數(shù)ε成反比。氣體的介電系數(shù)一般比固體絕緣材料要低許多，因此承受的電場強度就越大。當在變頻器供電時，尖峰過電壓及陡然上升的脈沖電壓足夠高，氣隙中首先發(fā)生局部放電，固體中氣隙放電前后電場如圖1所示。

氣隙放電形成的電荷，在外施電場E0作用下移動到氣隙壁上，這些電荷又形成反電場E,削弱了氣隙中的電場。很可能使氣隙中放電不在繼續(xù)下去，如圖1(b)所示。但是如外加的為交流電壓，半周后外施電場E0就反向了，正好與前半周氣隙中電荷形成的反電場E同向，加強了氣隙中電場強度，使氣隙中放電在更低電壓下進行。故在調(diào)頻電壓下絕緣體里的局部放電及介質(zhì)損耗比工頻電壓下強烈，因此，要盡量避免變頻異步電動機絕緣內(nèi)部氣隙、毛刺等引起的局部放電。

2介質(zhì)損耗與因數(shù)tanδ及Cp的關(guān)系

(1)

介質(zhì)損耗

P=UIR=UICtanδ=U2ωCptanδ

(2)

式中，Cp—并聯(lián)等值電容；R—并聯(lián)等值電阻；ω=2πf

由此可見，當電介質(zhì)一定、外加電壓及頻率一定時，介質(zhì)損耗P與tanδ或Cp成正比，即可以用tanδ或Cp來表示介質(zhì)損耗的大小。電機絕緣的優(yōu)劣可直接由tanδ或Cp的大小來判斷，而從同一臺電機tanδ或Cp的歷次數(shù)據(jù)分析，可掌握其絕緣性能的發(fā)展趨勢，通過測量電動機的tanδ或Cp可以發(fā)現(xiàn)一系列絕緣缺陷，如絕緣整體受潮，老化及絕緣氣隙放電等。對于變頻調(diào)速異步電動機，應定期測量電機絕緣的tanδ或Cp值，以tanδ或Cp的變化來確定電動機絕緣的受損程度。

3變頻異步電動機繞組絕緣缺陷的檢測方法

3.1測量tanδ因數(shù)法

繞組局部放電和受潮時會消耗能量使介質(zhì)增加附加損耗，外施電壓越高，放電次數(shù)越多附加損耗也越大，利用測量這種附加損耗來顯示局部放電和繞組受潮的方法稱為介質(zhì)損耗法，該法需要測出設備的tanδ-u的曲線(u為外施電壓)，如圖3所示，曲線開始上升的a點，對應電壓ui為局部放電起始電壓。如果電動機繞組不受潮或不存在空氣隙則圖3中tanδ-u的曲線是平行橫軸的直線。

測量tanδ有平衡電橋法(QSL、QS3西林電橋)、不平衡電橋法(M型介質(zhì)試驗器)、瓦特表法、相敏電路法四種方法。最普遍應用的測tanδ的儀器是QSL型西林電橋、M-8000介損儀等。

3.2對地電容檢測法

可以利用測量電動機繞組對地電容的方法來檢測電動機繞組絕緣缺陷，隨著電動機繞組絕緣壽命的減少，絕緣介電常數(shù)可能發(fā)生變化，這將改變電動機繞組的電容，另外繞組絕緣上的空隙及水和潮氣也會改變電動機繞組的電容值。如果電動機繞組不受潮或不存在空氣隙，繞組的電容值就不會發(fā)生改變。因此，電容變化可以作為檢測絕緣系統(tǒng)性能退化的一個指標。目前，變頻異步電動機繞組絕緣均采用高性能的絕緣材料，與運行時有繞組溫度檢測裝置，對其最高運行溫度加以限制，所以不可能產(chǎn)生過高的損壞絕緣的運行溫度，因此，變頻異步電動機繞組的對地電容不會隨時間發(fā)生明顯的改變，這也意味著其絕緣性能沒有改變。繞組對地電容的測量儀器通常采用QSL、QS3西林電橋。

4結(jié)語

通過tanδ或Cp判斷電動機絕緣的受損情況時必須著重于與該設備歷年的或值相比較，并和處于同樣運行條件下的同類設備相比較，即使tanδ或Cp未超過標準，但和過去值比較及和同類設備比較，若tanδ或Cp突然明顯增大時就必須引起注意，查明原因。

參考文獻

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[3]安文舉.變頻調(diào)速異步電動機常見故障及解決措施.防爆電機，2008.1.

Insulation Damage Analysis on Random Windings of Low-Voltage Variable-Frequency Induction Motor

HaoJinyu

(Naval Ship Military Representative Office Stationed in Harbin, Harbin 150040, China)

AbstractUnder the action of AC electric field, partial discharge in insulator can cause energy loss, and the loss is called insulation dielectric loss. For insulation material, the magnitude of insulation dielectric loss is a representation of insulation performance, and dielectric loss P is directly proportional to dielectric loss factor tanδorCp. Therefore, tanδorCpcan be used to represent magnitude of dielectric loss, and insulation performance can be judged by magnitude of tanδorCp. Simultaneously，the development trend of equipment insulation can be effectively grasped by analyzing tanδorCp, and the defect occurred in insulation system can be timely founded out.

Key wordsVariable-frequency induction motor；insulation of random windings；dielectric constant；impulse voltage；partial discharge

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.03.10

中圖分類號：TM305.2

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2016)03-0033-003

作者簡介：郝金玉男1979年生；畢業(yè)于哈爾濱工程大學船舶與海洋工程，現(xiàn)從事艦船監(jiān)造等方面工作.

收稿日期：2015-04-20