交流變頻調(diào)速電機(jī)絕緣早期損壞是局部放電、空間電荷、電介質(zhì)損耗發(fā)熱、電磁激振和振動(dòng)等多種因素共同作用的結(jié)果。設(shè)計(jì)交流變頻電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，必需選用耐電暈的電磁線；選用耐電暈的絕緣材料和低揮發(fā)份無(wú)溶劑樹(shù)脂，形成“無(wú)氣隙絕緣”，提高絕緣結(jié)構(gòu)的整體性。目前我廠變頻電機(jī)的制造已經(jīng)起步，且市場(chǎng)前景良好。變頻電機(jī)的絕緣性能基本上能夠滿足用戶的使用要求。但目前國(guó)內(nèi)制造的用于變頻電機(jī)的電磁線和絕緣材料與國(guó)外同類產(chǎn)品相比尚有較大的差距。今后應(yīng)大力進(jìn)行這方面的研究開(kāi)發(fā)工作，并進(jìn)行有關(guān)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)壽命評(píng)定的試驗(yàn)研究工作。
隨著電力電子技術(shù)及新型半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)得到不斷地完善和提高。性能逐步完善的變頻器的問(wèn)世，以其良好的輸出波形，優(yōu)異的性能價(jià)格，使其日益擴(kuò)大交流調(diào)速的市場(chǎng)，從而使交流調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。例如：鋼廠用于軋鋼的大型電動(dòng)機(jī)和中、小型輥到電動(dòng)機(jī)；鐵路及城市軌道交通用牽引電機(jī)；電梯電機(jī)；集裝箱起吊設(shè)備用起重機(jī)；水泵和風(fēng)機(jī)用電；壓縮機(jī)、家用電機(jī)用電機(jī)等都相繼使用交流變頻調(diào)速電機(jī)，取得了良好的效果。
采用交流變頻調(diào)速電機(jī)比直流調(diào)速電機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)主要是：
（1）調(diào)速容易、節(jié)能。
（2）交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小慣量小，造價(jià)低、容易維修、內(nèi)用。
（3）可以擴(kuò)大容量、實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和高電壓運(yùn)行。
（4）可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。
（5）無(wú)火花、防暴、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
近期內(nèi)，國(guó)際上變頻調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)以每年13％－16％增長(zhǎng)率發(fā)展，并有逐步取代大部分直流調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。由于以恒頻。恒壓供電進(jìn)行特性設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的普通異步機(jī)應(yīng)用于變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，畢竟存在這很大的局限性。應(yīng)此，國(guó)外有關(guān)廠商都有專用的變頻交流電動(dòng)機(jī)系列推出，推向市場(chǎng)。這些變頻專用的異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)使用的場(chǎng)合和使用要求的不同，在設(shè)計(jì)上有側(cè)重：有低噪音、低震動(dòng)用的電機(jī)；有提高低速轉(zhuǎn)矩特性的專用電機(jī)；有高速專用電機(jī)；有帶測(cè)速發(fā)電機(jī)的電機(jī)以及矢量控制專用電機(jī)等。值得注意的是：隨著交流變頻電動(dòng)機(jī)的廣泛使用，國(guó)內(nèi)外都相繼出現(xiàn)大批交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)絕緣早期順壞的現(xiàn)象，許多交流變頻電機(jī)運(yùn)行的壽命只有1－2年，有的甚至只有幾個(gè)星期以至于在試運(yùn)行中電機(jī)絕緣就出現(xiàn)損壞，而且損壞通常發(fā)生在匝間。對(duì)此，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者和專家的特別關(guān)注。這也是電力逆變技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用給電機(jī)絕緣技術(shù)提出的新課題。實(shí)踐證明，過(guò)去年幾十年研究和制定的與工頻正玄波電機(jī)有關(guān)的絕緣設(shè)計(jì)理論，不能適用于交流變頻調(diào)速電機(jī)。需要研究變頻電機(jī)絕緣的損壞機(jī)理，制定關(guān)于交流變頻電機(jī)絕緣設(shè)計(jì)的基本原理，建立交流變頻電機(jī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則。
我廠于80年代末期即開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)交流變頻電機(jī)。1996年YTSP交流變頻電機(jī)即通過(guò)上級(jí)部門組織的鑒定，投入批量生產(chǎn)。為了解決變頻電機(jī)的絕緣問(wèn)題，1997年9月上海市科委正式下達(dá)項(xiàng)目，由上海交通大學(xué)和我廠共同進(jìn)行了“變頻電機(jī)絕緣技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題的研究”。本文主要敘述我廠在交流變頻電機(jī)的研究、開(kāi)發(fā)、制造，特別是1997年以來(lái)，我廠在交流變頻電機(jī)的絕緣方面所進(jìn)行的試驗(yàn)和應(yīng)用工作。
1 變頻電機(jī)絕緣的損壞機(jī)理
1.1 電磁線的損壞
(1)局部放電和空間電荷。目前，變頻調(diào)速交流電機(jī)均采用IGBT(Insulated gate bipoler transistors 絕緣柵二極管)技術(shù)PWM(Pulse width modulation 脈寬調(diào)制)變頻器控制。其功率范圍大約是0.75－500 s，所產(chǎn)生的電脈沖有極高的開(kāi)關(guān)頻率。達(dá)到20 kHz。當(dāng)一個(gè)快速上升沿電壓從mKW。IGBT技術(shù)可以是提供上升時(shí)間極短的電涌，其上升時(shí)間是20－100 變頻器導(dǎo)電機(jī)終端電纜時(shí)，由于電機(jī)和電纜的阻抗不匹配，產(chǎn)生一個(gè)反射電壓波。這個(gè)反射波返回變頻器，并在感應(yīng)出另一個(gè)由于電纜和變頻器阻抗不匹配而產(chǎn)生的反射波加在原始電壓波上，從而在電壓波前沿產(chǎn)生一個(gè)尖鋒電壓。尖鋒電壓的量級(jí)取決于脈沖電壓的上升時(shí)間和電纜的長(zhǎng)度。
 
通常電纜長(zhǎng)度增加時(shí)，電纜兩端都產(chǎn)生電壓。電機(jī)端的過(guò)電壓幅值隨電纜長(zhǎng)度增加而增加，并趨于飽和。而電源端的過(guò)電壓比電機(jī)端的過(guò)電壓小，并幾乎與電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。試驗(yàn)證明，過(guò)電壓開(kāi)始產(chǎn)生于電壓上升沿和下降沿處，并發(fā)生衰減振蕩，其衰減服從于指數(shù)規(guī)律，振蕩周期隨電纜長(zhǎng)度而增加。
對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)脈沖波形有二種頻率，其一是開(kāi)關(guān)頻率，它表示脈沖速度。尖鋒電壓的重復(fù)頻率與開(kāi)關(guān)頻率成正比。另一個(gè)是基本頻率，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在每一個(gè)基本頻率開(kāi)始時(shí)，脈沖極性從正到負(fù)或從負(fù)到。所以，在這一時(shí)刻，電機(jī)絕緣承受著一個(gè)由二倍于尖鋒電壓值的全幅電壓。另外，在一個(gè)散嵌繞組的三相電機(jī)中，相鄰二匝可能會(huì)分屬不同的相，由于在二個(gè)相鄰二匝種的電壓極性可能會(huì)不同，全幅電壓的躍變也有可能達(dá)到二倍于單個(gè)尖鋒電壓值。根據(jù)測(cè)試在電機(jī)端看PWM變頻器輸出的電壓波形、在一個(gè)380/480 V 系統(tǒng)中，測(cè)得的尖鋒電壓值為1.2－1.5 KV ,而在576/600 V 的交流系統(tǒng)中，測(cè)得的尖鋒電壓值為1.6－1.8 KV。非常明顯，在此全副電壓作用下，繞組匝間產(chǎn)生表面局部放電。由于電離作用，在空氣縫中又會(huì)產(chǎn)生空間電荷，從而形成一個(gè)與外加電場(chǎng)反向的感應(yīng)電場(chǎng)。當(dāng)電壓極性改變時(shí)，這個(gè)反向電場(chǎng)與外加電場(chǎng)方向一致。這樣，一個(gè)更高的電場(chǎng)產(chǎn)生，它會(huì)導(dǎo)致局部放電的數(shù)量增加，比較終引起穿擊。測(cè)試表明，作用于這些匝間絕緣的電沖擊嚴(yán)酷程度取決于導(dǎo)線特定的性能和PWM驅(qū)動(dòng)電流的上升時(shí)間。如果上升時(shí)間小于0.1 s，那么將有80％的電勢(shì)加在繞組的前二匝上，即上升時(shí)間越短，電沖擊就越大，匝間絕緣的壽命就越短。m
（2）快速上升，下降沿脈沖產(chǎn)生電介質(zhì)加熱，導(dǎo)致絕緣加速老化。在正玄電壓下，每單位體積的損耗是：
0)/(1eS-e(t2w0E2eNi= 2)t2-w
－松弛時(shí)間常數(shù)。tf，p－2w－空氣的介電常數(shù)，E