有關(guān)變頻器驅(qū)動電動機(jī)中浪涌對策的基礎(chǔ)研究

1 前 言

近年來，國民經(jīng)濟(jì)中廣泛使用的電動機(jī)，愈益趨向使用變頻器的可變速驅(qū)動，以圖通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)控制實現(xiàn)節(jié)能。這些變頻器驅(qū)動的電動機(jī)，均迫切要求進(jìn)一步的小型化和驅(qū)動電壓的高壓化，因而要實現(xiàn)高功率、高效率化等。這樣一來，其使用條件會更加苛刻。特別是隨著變頻器高速的開關(guān)切換產(chǎn)生的涌浪，將引起電動機(jī)線圈導(dǎo)線之間的局部放電，令人擔(dān)心會對絕緣造成惡劣影響。原來，在對變頻器涌浪產(chǎn)生局部放電進(jìn)行預(yù)測時，是采取涌浪吸收裝置之類抑制局部放電的措施。但是，這些對策有礙于實現(xiàn)輕量化并增加成本。故取而代之的，是使用由電線廠開發(fā)的耐局部放電性能好的漆包線來解決。

作為變頻驅(qū)動電動機(jī)研究課題解決措施的一個環(huán)節(jié)，本公司針對耐局部放電電線適用性的問題進(jìn)行了探討。本文對局部放電電線因變頻器涌浪導(dǎo)致的局部放電特性，以及有關(guān)使用壽命的評價等各種試驗結(jié)果予以介紹。

2 變頻器驅(qū)動電動機(jī)的課題與對策

2.1 由變頻器涌浪導(dǎo)致局部放電現(xiàn)象的機(jī)理

形成當(dāng)前主流的變頻器控制 [脈寬調(diào)制（PWM）控制]中的輸出電壓波形，正極側(cè)脈沖組與負(fù)極側(cè)脈沖組交替重復(fù)的變化。由于這一脈沖電壓的建立（無論正極側(cè)或負(fù)極側(cè)）均很急速（數(shù)10 ns），故因過度特性的上沖、尖峰（overshoot）會產(chǎn)生浪涌。這一變頻器的浪涌，通過電源電纜施加于電動機(jī)上，而電源電纜本身存在電感的影響，以及由電動機(jī)與電源電纜的阻抗不匹配造成的反射等，變頻器的輸出電壓升高約達(dá)到2倍。增大的電壓施加在電動機(jī)上及線圈導(dǎo)線之間，則產(chǎn)生局部放電。漆包線的絕緣皮膜逐漸劣化被侵蝕，以至出現(xiàn)絕緣損壞的結(jié)果。加上由變頻器浪涌（交變的脈沖）導(dǎo)致局部放電的測定技術(shù)尚未建立和完善，因此，電動機(jī)絕緣系統(tǒng)局部放電的對策和對局部放電產(chǎn)生機(jī)理的研討，以及局部放電測定技術(shù)的確立等，均為變頻驅(qū)動電動機(jī)中的重要課題。

2.2 變頻器浪涌的對策

目前市場上銷售的典型耐局部放電電線的特點如下：（1）如圖1所示，大部分電線采用表層為高潤滑層、內(nèi)部有主絕緣的結(jié)構(gòu)；（2）主絕緣層是以聚酯酰亞胺（polyester-imide）等高分子絕緣材料為主體，旨在提高耐局部放電性能，并均勻分散二氧化硅（SiO2）等納米（10-9）級填充物。圖1為典型的耐局部放電電線與原用電線的斷面結(jié)構(gòu)舉例，其最大特點是在主絕緣層中混入了納米填料。

圖1 耐局部放電電線與原來電線的斷面結(jié)構(gòu)

作為評價耐局部放電電線的試驗材料，這次是從各電線廠市售的幾種電線入手，進(jìn)行了局部放電特性與壽命特性的試驗，試驗的細(xì)節(jié)如下面所述。

3 變頻器浪涌的基礎(chǔ)特性試驗

3.1 試驗裝置及試樣的形狀

圖2所示為漆包線壽命特性試驗 [V-t特性（V-試驗電壓，t-迄至絕緣破壞的時間）]和局部放電測定試驗的裝置。試驗裝置的基本組成包括：能輸出數(shù)kHz~數(shù)10kHz正弦波電壓的高頻電源裝置；能設(shè)定模擬變頻器脈沖電壓的正負(fù)脈沖波的變頻器脈沖電源裝置；能測定局部放電用的高頻變流器（HFCT），以及附帶的計測儀器之類等。試驗時使用的試驗材料（試樣），是按JIS C 3003規(guī)格的兩根漆包線扭合一起的麻花線對。