低壓變頻異步電動機散嵌繞組絕緣受損問題探討

吳細坤　陳國橋　倪逢春

【摘 要】絕緣介質的損耗主要指在交流電場的影響下，在絕緣體內的某些部分會發生放電的現象，這就直接造成了能量的損耗。一般情況下，都是通過電機內絕緣材料的絕緣介質的損耗程度來判定電機絕緣性能的好壞。經過研究發現，介質的損耗和介質的損耗系數是成正比例的關系。因此，可以通過損耗系數來判定介質損耗的大小程度，絕緣的好壞也可以通過此系數來進行直接判斷。因此，非常有必要研究介質損耗的因數，這有利于掌握絕緣設備的絕緣特性，能夠及時找出絕緣的缺陷。

【關鍵詞】低壓變頻異步電動機；散嵌繞組；絕緣；沖擊電壓；介電常數；局部放電

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

1 變頻電機絕緣損壞的主要機理

1.1 導致變頻電機絕緣損壞的原因分析

（1）電機的繞組在前期制作的過程中損傷了內部的匝間絕緣，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線纏繞而成的，在電機的繞組和線圈生產工藝中，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、裝配以及復型等不同的生產工序由于操作人員的工藝水平各不相同，導致導線的絕緣特性都受到了不同程度的損壞。在這些生產的工序中，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，嚴重的時候有可能導致匝間的導體形成金屬性的低電阻，這非常容易出現短路的情況。

（2）電機在后期的運行過程中產生的過電壓現象會損壞內部的匝間絕緣特性。電動機在正常運行的時候，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線的絕緣耐壓水平來說非常低。但是在運行的過程中，電機匝間的絕緣在運行過程中經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，匝間的過電壓現象還和元件數量、過電壓作用的次數及繞組的元件匝數等一些因素有直接關系，因此我們必須充分注重各種過電壓對電機絕緣特性的影響程度。除了過電壓的影響因素以外，電機在運行的時候，匝間的絕緣還受到了潮氣、機械摩擦產生的熱量及震動、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，繞組匝間還可能產生金屬性的短路現象。

1.2 介質損耗和損耗因數的關系分析

電動機絕緣性能的好壞能夠通過絕緣介質損耗的大小直接表現出來，同一臺低壓的變頻異步電動機，如果絕緣的性能比較好，那么其介質的損耗相對來說就比較??；如果絕緣損耗比較大，那么其介質的損耗相對來說就比較大。tanδ是通常用來表示絕緣介質損耗大小的特性的參數。當電介質受到交流電壓U的作用時，其內部流過的電流為I。如果規定交流電壓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角δ，其余角為δ，也就是介質的損耗角，根據三角關系能夠得到：

然后可以得到介質的損耗P=UIR=UICtanδ=U2ωCP tanδ，其中ω=2πf，CP是并聯的等值電容，R代表的是并聯等值電阻。根據公式能夠看出，當電介質及外部作用的電壓和頻率確定后，那么介質的損耗P和CP及tanδ是成正比例的關系，因此可以通過這2個參數來表示介質的損耗大小，從而判斷電動機絕緣的好壞，通過記錄同一臺電動機這2個參數的歷史數據，能夠掌握該電動機絕緣性能的發展趨勢，通過測量電動機的這2個參數也能夠發現電動機絕緣存在的一些列漏洞。因此，對于低壓變頻調速異步電動機來說，應該定期檢測這2個參數值，通過這2個參數值的變化來判定電動機絕緣的受損耗程度大小。

2 檢測變頻異步電動機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內部的繞組受潮或者局部放電時，就會消耗部分能量，這直接導致了介質附加損耗變大，隨著外部作用的電壓變高，內部放電的次數也會越來越多，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部繞組受潮和放電的方法稱為介質損耗法。這種方法需要描繪出電動機的tanδ和外部電壓U的關系曲線。當曲線開始上升的時候入a點，對應的電壓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的繞組在不受潮的狀態下，該對應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

檢測電動機繞組對地電容的方法也是用來監測電動機繞組絕緣特性常用的手段之一。隨著低壓變頻異步電動機繞組絕緣壽命的降低，導致絕緣的介電常數也隨之發生了較大的變化，這改變也會影響低壓變頻異步電動機的繞組電容值。另外，繞組絕緣上的水、潮氣及空隙等相關因素也會對電動機繞組的電容值產生較大的影響。如果電動機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生變化。因此，可以將電容值的變化作為檢測絕緣系統性能退化的一個指標。目前，市面上很多變頻異步電動機繞組的絕緣都是采用一些高性能的絕緣材料，而且在運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行溫度進行監控和限制，因此很少會出現因為溫度過高而損壞絕緣特性的情況。所以，變頻異步電動機內部的繞組對地電容不會因為時間的變化而產生明顯改變，這也表明了其絕緣性能沒有發生大的改變。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的對地電容。

3 加強變頻電機絕緣特性的主要措施

3.1 電機的絕緣結構采用無空隙絕緣的方法

低壓變頻異步電動機的絕緣結構如果內部存在空氣間隙，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生常見的空間電荷，這就會增加局部放電的現象，最終導致絕緣性能遭到較大的損壞。因此，為了保護絕緣特性，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實現無空隙絕緣。在選擇浸漬漆的時候一般是建議選擇低揮發特性的無溶劑特點的，而且要求其固化的速度比較快，揮發物要小于5%。浸漬工藝如果采用滾浸或者滴浸的方式對保障電機絕緣性能更加有效，或者考慮采用VPI浸漆的方式。

3.2 電機絕緣結構采用匝間絕緣的方式

匝間絕緣結構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。在當滿足實驗條件的情況下，比如達到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 采用主絕緣的結構形式

低壓變頻異步電動機的主絕緣部分一般都是采用復合材料，通常情況下建議使用云母摻和的NHN，因為云母屬于無機材料，耐電暈性能非常好。采用這種絕緣的設計結構，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材料合成的復合材料能夠有效提高局部抗放電的能力，這種結構的運用也能夠提高繞組的可靠穩定性。

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節，在進行嵌線工作之前應該首先檢查鐵心的質量，保證其沒有毛刺而且其長度要在要求的標準公差范圍以內。嵌線的時候應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，讓其充當首匝匝間絕緣材料。在絕緣處理工作完成后要繼續按照正常的工藝繼續嵌線工作，當嵌線工作到每組的線圈最后一匝的時候，應該按照首匝絕緣的工藝完成。同時，在嵌線工藝的過程中，應該保證相間絕緣和槽絕緣的位置到位，相間絕緣應該高出絕緣繞組的10～15 mm，另外，在繞組端部的地方應該繼續增加0.13 mm厚的線圈絕緣紙。

（2）固定環節，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節，出線端的繞組線路應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該增加包扎的固定環，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。由于電動機的振動等影響因素，為了提高整體的機械強度，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行綁扎固定。

綜上所述，低壓變頻異步電動機的繞組絕緣結構的設計、制造工藝是非常關鍵的環節，我們必須嚴格按相關標準和規定進行制造，以保障變頻電機能夠穩定、安全、可靠的運行。當絕緣部分遭到損壞的時候，可以通過tanδ和CP 來判定電動機絕緣部分的損壞程度，最終可以根據這2個參數值的變化找出根本原因。

參 考 文 獻

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

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

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

[責任編輯：鐘聲賢]