低壓變頻異步電動機(jī)散嵌繞組絕緣受損問題探討

吳細(xì)坤　陳國橋　倪逢春

【摘 要】絕緣介質(zhì)的損耗主要指在交流電場的影響下，在絕緣體內(nèi)的某些部分會發(fā)生放電的現(xiàn)象，這就直接造成了能量的損耗。一般情況下，都是通過電機(jī)內(nèi)絕緣材料的絕緣介質(zhì)的損耗程度來判定電機(jī)絕緣性能的好壞。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)的損耗和介質(zhì)的損耗系數(shù)是成正比例的關(guān)系。因此，可以通過損耗系數(shù)來判定介質(zhì)損耗的大小程度，絕緣的好壞也可以通過此系數(shù)來進(jìn)行直接判斷。因此，非常有必要研究介質(zhì)損耗的因數(shù)，這有利于掌握絕緣設(shè)備的絕緣特性，能夠及時找出絕緣的缺陷。

【關(guān)鍵詞】低壓變頻異步電動機(jī)；散嵌繞組；絕緣；沖擊電壓；介電常數(shù)；局部放電

【中圖分類號】TM303 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0130-02

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

（1）電機(jī)的繞組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)的繞組和線圈生產(chǎn)工藝中，很多工序都會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，導(dǎo)致導(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、開型等過程中對匝間的絕緣特性影響程度是最大的，嚴(yán)重的時候有可能導(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。

（2）電機(jī)在后期的運(yùn)行過程中產(chǎn)生的過電壓現(xiàn)象會損壞內(nèi)部的匝間絕緣特性。電動機(jī)在正常運(yùn)行的時候，匝間繞組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，此電壓相對于繞組導(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)及繞組的元件匝數(shù)等一些因素有直接關(guān)系，因此我們必須充分注重各種過電壓對電機(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)行的時候，匝間的絕緣還受到了潮氣、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱量及震動、局部放電等各種因素的共同作用，損壞了絕緣特性，在電動力作用的影響下，繞組匝間還可能產(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

電動機(jī)絕緣性能的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?。蝗绻^緣損耗比較大，那么其介質(zhì)的損耗相對來說就比較大。tanδ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U的作用時，其內(nèi)部流過的電流為I。如果規(guī)定交流電壓U和電流I相互之間的夾角為φ，此夾角就稱之為功率因數(shù)角δ，其余角為δ，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P=UIR=UICtanδ=U2ωCP tanδ，其中ω=2πf，CP是并聯(lián)的等值電容，R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)及外部作用的電壓和頻率確定后，那么介質(zhì)的損耗P和CP及tanδ是成正比例的關(guān)系，因此可以通過這2個參數(shù)來表示介質(zhì)的損耗大小，從而判斷電動機(jī)絕緣的好壞，通過記錄同一臺電動機(jī)這2個參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，能夠掌握該電動機(jī)絕緣性能的發(fā)展趨勢，通過測量電動機(jī)的這2個參數(shù)也能夠發(fā)現(xiàn)電動機(jī)絕緣存在的一些列漏洞。因此，對于低壓變頻調(diào)速異步電動機(jī)來說，應(yīng)該定期檢測這2個參數(shù)值，通過這2個參數(shù)值的變化來判定電動機(jī)絕緣的受損耗程度大小。

2 檢測變頻異步電動機(jī)繞組絕緣漏洞的主要方法

2.1 通過檢測的方法

低壓變頻異步電動機(jī)內(nèi)部的繞組受潮或者局部放電時，就會消耗部分能量，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)也會越來越多，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)部繞組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機(jī)的tanδ和外部電壓U的關(guān)系曲線。當(dāng)曲線開始上升的時候入a點(diǎn)，對應(yīng)的電壓Ui就是局部放電的初始電壓，因此如果低壓變頻異步電動機(jī)的繞組在不受潮的狀態(tài)下，該對應(yīng)曲線就會變成一條平行于橫軸的直線。測量tanδ主要有以下4種方法：不平衡電橋法、平衡電橋法、相敏電路及瓦特表法。QSL型西林電路及M-8000介損儀是一般應(yīng)用最為廣泛測量tanδ的儀器。

2.2 檢測對地電容的方法

檢測電動機(jī)繞組對地電容的方法也是用來監(jiān)測電動機(jī)繞組絕緣特性常用的手段之一。隨著低壓變頻異步電動機(jī)繞組絕緣壽命的降低，導(dǎo)致絕緣的介電常數(shù)也隨之發(fā)生了較大的變化，這改變也會影響低壓變頻異步電動機(jī)的繞組電容值。另外，繞組絕緣上的水、潮氣及空隙等相關(guān)因素也會對電動機(jī)繞組的電容值產(chǎn)生較大的影響。如果電動機(jī)的繞組不存在孔隙或者不受到潮氣的影響，其繞組的電容值一般不會發(fā)生變化。因此，可以將電容值的變化作為檢測絕緣系統(tǒng)性能退化的一個指標(biāo)。目前，市面上很多變頻異步電動機(jī)繞組的絕緣都是采用一些高性能的絕緣材料，而且在運(yùn)行的過程中隨時可以檢測繞組的溫度，通過這樣的裝置能夠及時對最高運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)控和限制，因此很少會出現(xiàn)因?yàn)闇囟冗^高而損壞絕緣特性的情況。所以，變頻異步電動機(jī)內(nèi)部的繞組對地電容不會因?yàn)闀r間的變化而產(chǎn)生明顯改變，這也表明了其絕緣性能沒有發(fā)生大的改變。通常我們會采用QSL、QS3這2種儀器來測量低壓變頻異步電動機(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，就會在空氣的間隙中產(chǎn)生常見的空間電荷，這就會增加局部放電的現(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，或者考慮采用VPI浸漆的方式。

3.2 電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)采用匝間絕緣的方式

匝間絕緣結(jié)構(gòu)的目的主要是提高匝間絕緣的初始放電電壓，同時可以避免機(jī)械損傷及提高耐電暈的能力，為了提高漆膜的耐沖擊性，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，比如達(dá)到155 ℃、20 kHz、3 kV的條件，其自身的耐高頻壽命能夠超過50 h。

3.3 采用主絕緣的結(jié)構(gòu)形式

低壓變頻異步電動機(jī)的主絕緣部分一般都是采用復(fù)合材料，通常情況下建議使用云母摻和的NHN，因?yàn)樵颇笇儆跓o機(jī)材料，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)用也能夠提高繞組的可靠穩(wěn)定性。

3.4 合理的嵌線、繞線、接線制作工藝

（1）嵌線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)。嵌線的時候應(yīng)該首先將每組首支線圈的首匝線圈嵌入，再將0.1 mm的聚酰亞胺薄膜插入，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候，應(yīng)該按照首匝絕緣的工藝完成。同時，在嵌線工藝的過程中，應(yīng)該保證相間絕緣和槽絕緣的位置到位，相間絕緣應(yīng)該高出絕緣繞組的10～15 mm，另外，在繞組端部的地方應(yīng)該繼續(xù)增加0.13 mm厚的線圈絕緣紙。

（2）固定環(huán)節(jié)，在繞組端部線路的綁扎固定及電纜的綁扎固定都是非常重要的環(huán)節(jié)，出線端的繞組線路應(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。同時在端部的固定時應(yīng)該增加包扎的固定環(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。由于電動機(jī)的振動等影響因素，為了提高整體的機(jī)械強(qiáng)度，電纜盡量采用一次接線工藝，同時和繞組端部共同用聚酯收縮管進(jìn)行綁扎固定。

綜上所述，低壓變頻異步電動機(jī)的繞組絕緣結(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)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行制造，以保障變頻電機(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候，可以通過tanδ和CP 來判定電動機(jī)絕緣部分的損壞程度，最終可以根據(jù)這2個參數(shù)值的變化找出根本原因。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郝金玉.低壓變頻異步電動機(jī)散嵌繞組絕緣受損分析[J].防爆電機(jī)，2016，51（3）：33-35.

[2]李冬嚴(yán)，楊珊珊.變頻電機(jī)絕緣損壞機(jī)理及增強(qiáng)措施[J].防爆電機(jī)，2015，50（5）：51-53.

[3]寧榕，孫躍，楊靜.變頻低壓異步電動機(jī)的絕緣特性分析[J].電機(jī)技術(shù)，2001（4）：30-33，39.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]