低压变频异步电动机散嵌绕组绝缘受损问题探讨

吴细坤　陈国桥　倪逢春

【摘 要】绝缘介质的损耗主要指在交流电场的影响下，在绝缘体内的某些部分会发生放电的现象，这就直接造成了能量的损耗。一般情况下，都是通过电机内绝缘材料的绝缘介质的损耗程度来判定电机绝缘性能的好坏。经过研究发现，介质的损耗和介质的损耗系数是成正比例的关系。因此，可以通过损耗系数来判定介质损耗的大小程度，绝缘的好坏也可以通过此系数来进行直接判断。因此，非常有必要研究介质损耗的因数，这有利于掌握绝缘设备的绝缘特性，能够及时找出绝缘的缺陷。

【关键词】低压变频异步电动机；散嵌绕组；绝缘；冲击电压；介电常数；局部放电

【中图分类号】TM303 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0130-02

1 变频电机绝缘损坏的主要机理

1.1 导致变频电机绝缘损坏的原因分析

（1）电机的绕组在前期制作的过程中损伤了内部的匝间绝缘，给后期留下了隐患。散匝线圈和圈式的线圈一般都是由很多匝的导线缠绕而成的，在电机的绕组和线圈生产工艺中，很多工序都会影响匝间的绝缘特性。比如常见的开型、模压、绕线、接线、干燥、浸渍、装配以及复型等不同的生产工序由于操作人员的工艺水平各不相同，导致导线的绝缘特性都受到了不同程度的损坏。在这些生产的工序中，特别是在嵌线、开型等过程中对匝间的绝缘特性影响程度是最大的，严重的时候有可能导致匝间的导体形成金属性的低电阻，这非常容易出现短路的情况。

（2）电机在后期的运行过程中产生的过电压现象会损坏内部的匝间绝缘特性。电动机在正常运行的时候，匝间绕组绝缘的正常电压是非常低的，一般都是在几伏到几百伏的范围，此电压相对于绕组导线的绝缘耐压水平来说非常低。但是在运行的过程中，电机匝间的绝缘在运行过程中经常会受到超过正常电压范围几十倍甚至是上百倍的过电压影响。

此外，匝间的过电压现象还和元件数量、过电压作用的次数及绕组的元件匝数等一些因素有直接关系，因此我们必须充分注重各种过电压对电机绝缘特性的影响程度。除了过电压的影响因素以外，电机在运行的时候，匝间的绝缘还受到了潮气、机械摩擦产生的热量及震动、局部放电等各种因素的共同作用，損坏了绝缘特性，在电动力作用的影响下，绕组匝间还可能产生金属性的短路现象。

1.2 介质损耗和损耗因数的关系分析

电动机绝缘性能的好坏能够通过绝缘介质损耗的大小直接表现出来，同一台低压的变频异步电动机，如果绝缘的性能比较好，那么其介质的损耗相对来说就比较小；如果绝缘损耗比较大，那么其介质的损耗相对来说就比较大。tanδ是通常用来表示绝缘介质损耗大小的特性的参数。当电介质受到交流电压U的作用时，其内部流过的电流为I。如果规定交流电压U和电流I相互之间的夹角为φ，此夹角就称之为功率因数角δ，其余角为δ，也就是介质的损耗角，根据三角关系能够得到：

然后可以得到介质的损耗P=UIR=UICtanδ=U2ωCP tanδ，其中ω=2πf，CP是并联的等值电容，R代表的是并联等值电阻。根据公式能够看出，当电介质及外部作用的电压和频率确定后，那么介质的损耗P和CP及tanδ是成正比例的关系，因此可以通过这2个参数来表示介质的损耗大小，从而判断电动机绝缘的好坏，通过记录同一台电动机这2个参数的历史数据，能够掌握该电动机绝缘性能的发展趋势，通过测量电动机的这2个参数也能够发现电动机绝缘存在的一些列漏洞。因此，对于低压变频调速异步电动机来说，应该定期检测这2个参数值，通过这2个参数值的变化来判定电动机绝缘的受损耗程度大小。

2 检测变频异步电动机绕组绝缘漏洞的主要方法

2.1 通过检测的方法

低压变频异步电动机内部的绕组受潮或者局部放电时，就会消耗部分能量，这直接导致了介质附加损耗变大，随着外部作用的电压变高，内部放电的次数也会越来越多，附加的损耗就变得越来越大，因此通过测量这种附加损耗的状况显示内部绕组受潮和放电的方法称为介质损耗法。这种方法需要描绘出电动机的tanδ和外部电压U的关系曲线。当曲线开始上升的时候入a点，对应的电压Ui就是局部放电的初始电压，因此如果低压变频异步电动机的绕组在不受潮的状态下，该对应曲线就会变成一条平行于横轴的直线。测量tanδ主要有以下4种方法：不平衡电桥法、平衡电桥法、相敏电路及瓦特表法。QSL型西林电路及M-8000介损仪是一般应用最为广泛测量tanδ的仪器。

2.2 检测对地电容的方法

检测电动机绕组对地电容的方法也是用来监测电动机绕组绝缘特性常用的手段之一。随着低压变频异步电动机绕组绝缘寿命的降低，导致绝缘的介电常数也随之发生了较大的变化，这改变也会影响低压变频异步电动机的绕组电容值。另外，绕组绝缘上的水、潮气及空隙等相关因素也会对电动机绕组的电容值产生较大的影响。如果电动机的绕组不存在孔隙或者不受到潮气的影响，其绕组的电容值一般不会发生变化。因此，可以将电容值的变化作为检测绝缘系统性能退化的一个指标。目前，市面上很多变频异步电动机绕组的绝缘都是采用一些高性能的绝缘材料，而且在运行的过程中随时可以检测绕组的温度，通过这样的装置能够及时对最高运行温度进行监控和限制，因此很少会出现因为温度过高而损坏绝缘特性的情况。所以，变频异步电动机内部的绕组对地电容不会因为时间的变化而产生明显改变，这也表明了其绝缘性能没有发生大的改变。通常我们会采用QSL、QS3这2种仪器来测量低压变频异步电动机的对地电容。

3 加强变频电机绝缘特性的主要措施

3.1 电机的绝缘结构采用无空隙绝缘的方法

低压变频异步电动机的绝缘结构如果内部存在空气间隙，那么由于高频脉冲电压的冲击作用，就会在空气的间隙中产生常见的空间电荷，这就会增加局部放电的现象，最终导致绝缘性能遭到较大的损坏。因此，为了保护绝缘特性，可以通过选择比较合适的浸渍漆，通过正确的浸渍干燥工艺就能够实现无空隙绝缘。在选择浸渍漆的时候一般是建议选择低挥发特性的无溶剂特点的，而且要求其固化的速度比较快，挥发物要小于5%。浸渍工艺如果采用滚浸或者滴浸的方式对保障电机绝缘性能更加有效，或者考虑采用VPI浸漆的方式。

3.2 电机绝缘结构采用匝间绝缘的方式

匝间绝缘结构的目的主要是提高匝间绝缘的初始放电电压，同时可以避免机械损伤及提高耐电晕的能力，为了提高漆膜的耐冲击性，可以考虑选择杜邦漆作为涂层的电磁线。比如常用的牌号为QPRW-3/200，这种电磁线成为耐电晕变频线。在当满足实验条件的情况下，比如达到155 ℃、20 kHz、3 kV的条件，其自身的耐高频寿命能够超过50 h。

3.3 采用主绝缘的结构形式

低压变频异步电动机的主绝缘部分一般都是采用复合材料，通常情况下建议使用云母掺和的NHN，因为云母属于无机材料，耐电晕性能非常好。采用这种绝缘的设计结构，能够有效提高电磁线的耐高频脉冲性能，增加匝间绝缘的抗击穿能力。另外，主绝缘采用这种无机材料合成的复合材料能够有效提高局部抗放电的能力，这种结构的运用也能够提高绕组的可靠稳定性。

3.4 合理的嵌线、绕线、接线制作工艺

（1）嵌线工艺是非常重要的环节，在进行嵌线工作之前應该首先检查铁心的质量，保证其没有毛刺而且其长度要在要求的标准公差范围以内。嵌线的时候应该首先将每组首支线圈的首匝线圈嵌入，再将0.1 mm的聚酰亚胺薄膜插入，让其充当首匝匝间绝缘材料。在绝缘处理工作完成后要继续按照正常的工艺继续嵌线工作，当嵌线工作到每组的线圈最后一匝的时候，应该按照首匝绝缘的工艺完成。同时，在嵌线工艺的过程中，应该保证相间绝缘和槽绝缘的位置到位，相间绝缘应该高出绝缘绕组的10～15 mm，另外，在绕组端部的地方应该继续增加0.13 mm厚的线圈绝缘纸。

（2）固定环节，在绕组端部线路的绑扎固定及电缆的绑扎固定都是非常重要的环节，出线端的绕组线路应该采用硅橡胶软管来固定，这能使得线圈的截面变小而且比较容易绑扎。同时在端部的固定时应该增加包扎的固定环，能够使顶部的绑扎受力均匀，避免绑扎的作用力直接施加在线匝上。由于电动机的振动等影响因素，为了提高整体的机械强度，电缆尽量采用一次接线工艺，同时和绕组端部共同用聚酯收缩管进行绑扎固定。

综上所述，低压变频异步电动机的绕组绝缘结构的设计、制造工艺是非常关键的环节，我们必须严格按相关标准和规定进行制造，以保障变频电机能够稳定、安全、可靠的运行。当绝缘部分遭到损坏的时候，可以通过tanδ和CP 来判定电动机绝缘部分的损坏程度，最终可以根据这2个参数值的变化找出根本原因。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]