變頻電機(jī)絕緣系統(tǒng)失效機(jī)理：
當(dāng)前變頻驅(qū)動(dòng)電源，基本采用IGBT技術(shù)，其功率范圍0.75-1000KW。IGBT技術(shù)可以提供上升時(shí)間極短的電涌，其上升時(shí)間約20-100μs，開關(guān)頻率高達(dá)20KHZ。
東莞電機(jī)所看到一個(gè)瞬間快速上升的電壓從變頻器到達(dá)電機(jī)末端電纜時(shí)，是由于電機(jī)和電纜的阻抗不匹配，產(chǎn)生一個(gè)反射波，這個(gè)反射波加在原始電壓波上，在電壓波前沿產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓，電機(jī)端的過電壓值隨著電纜長度的增加而增加，并趨向于飽和。過電壓開始產(chǎn)生于電壓上升沿和下降沿處，并產(chǎn)生衰減振蕩，其衰減服從于指數(shù)規(guī)律。
對PWM驅(qū)動(dòng)脈沖波形有兩種頻率，一是開關(guān)頻率，它表示脈沖速度，尖峰電壓的重復(fù)頻率與開關(guān)頻率成正比。另一是基本頻率，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在每一個(gè)基本頻率開始時(shí)，脈沖極性從正到負(fù)或從負(fù)到正，電機(jī)絕緣承受一個(gè)兩倍于尖峰電壓值的全幅電壓。在三相電機(jī)中，電機(jī)繞組的相鄰兩匝有時(shí)分屬不同的相，由于相鄰兩匝中的電壓極性可能會不同，全幅電壓的躍變也可能達(dá)到兩倍于尖峰電壓值。測試結(jié)果表明，在一個(gè)380/460V交流系統(tǒng)中，測得的尖峰電壓值為1.2-1.5KV，575/600V的變頻系統(tǒng)中，測得的尖峰電壓值可達(dá)1.6-1.8KV。
1.局部放電和空間電荷造成電磁線絕緣層損壞
電機(jī)繞組的過電壓，會在繞組的匝間產(chǎn)生表面局部放電。由于電離作用，在空氣隙中又會產(chǎn)生空間電荷，形成一個(gè)與外加電場反向的感應(yīng)電場。當(dāng)電壓極性改變時(shí)，這個(gè)反向電場與外加電場方向一致，會產(chǎn)生一個(gè)更高的電場強(qiáng)度，導(dǎo)致局部電荷放電的增加，而引起絕緣擊穿。當(dāng)尖峰電壓的上升時(shí)間小于0.1μs時(shí)，則將有80%的電勢加在繞組的前兩匝上。電壓上升時(shí)間越短，電沖擊越大，匝間絕緣壽命就越短。
2.高頻尖峰電壓產(chǎn)生電介質(zhì)損耗、導(dǎo)致絕緣加速老化
當(dāng)作用于電機(jī)中的電磁場超過絕緣體臨界值時(shí)，其介質(zhì)損耗迅速增加。當(dāng)頻率上升時(shí)，局部放電隨之增加，并產(chǎn)生熱量，這些勢量又引起更大的漏電流，使絕緣介質(zhì)每單位體積的損耗增加，電機(jī)溫升上升，絕緣加速老化。
3.主絕緣、相絕緣和絕緣漆的
變頻電機(jī)的繞組承受尖峰幅值的振蕩電壓，使得電機(jī)的主絕緣、相絕緣和絕緣漆承受更高的電場強(qiáng)度。另一方面電機(jī)繞組匝間發(fā)生局部放電時(shí)，會使絕緣中分布電容所儲存的能量變?yōu)闊彷椛湟约皺C(jī)械和化學(xué)能，造成整個(gè)絕緣系統(tǒng)的劣化，大大降低了絕緣的擊穿電壓，當(dāng)所加電壓的值達(dá)到絕緣的擊穿電壓時(shí)，就會發(fā)生整個(gè)絕緣系統(tǒng)的失效。
4.頻繁的起制動(dòng)、電磁激振力和振動(dòng)引起的循環(huán)交變應(yīng)力造成電機(jī)絕緣的加速老化
變頻絕緣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
根據(jù)上述變頻電機(jī)絕緣損壞機(jī)理，東莞電機(jī)廠清楚知道變頻電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮：(1)選用符合要求的電磁線；(2)保證電機(jī)繞組獲得無氣隙絕緣；(3)改良整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)的整體性，提高機(jī)械強(qiáng)度。
由于目前市場上變頻器的種類很多，不同變頻器電源的輸出波形不盡相同，考慮到變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能/價(jià)格比，設(shè)計(jì)了三種絕緣結(jié)構(gòu)：(1)GIRIS絕緣系統(tǒng) 適用于U峰值<1000V，電壓沿上升時(shí)間>2μs；(2)PIRIS絕緣系統(tǒng)適用于U峰值<1000V，電壓沿上升時(shí)間>0.2μs；(3)PIRIS絕緣系統(tǒng)適用于U峰值<1600V，電壓沿上升時(shí)間>0.1μs。