变频驱动电动机绝缘设计方法和变频驱动电动机的制造方法

文档序号:5838654
专利名称:变频驱动电动机绝缘设计方法和变频驱动电动机的制造方法
技术领域
本发明涉及变频驱动电动机绝缘设计方法和变频驱动电动机的制造 方法。
背景技术
近年来,从能量的高效率利用、节能的角度考虑,使用变频器的电动 机的可调速运转正在频繁地进行。另外,随着半导体工艺技术、变频器安 装技术、电动机驱动控制技术的进步,今后将出现更好的变频器,应用于 更多的机器中。然而,考虑在电动机上伴随变频驱动所产生的急剧的电涌
(surge)电压怀疑为绝缘恶化的原因,因此急需明确现象找出解决对策。 象这样的绝缘恶化现象,例如在电气学会技术报告第739号中有详细 的描述。其中,作为变频驱动电动机的特有的现象,象在该技术报告p.14 20中叙述那样,在电动机的绕组匝间,与以往的工频驱动时相比,具有高 电压被分担的现象。其结果在绕组匝间发生部分放电,绕组匝间的绝缘层 被部分放电恶化,绝缘破坏,以致电动机出现早期故障。
因此,变频驱动电动机中,在变频器电涌电压增加时,按照使绕组匝 间不发生部分放电的方式,对电动机进行绝缘设计、制造,同时出货前检 查产品,防止不良品的出货。同样地,变频驱动时与工频驱动时相比,对 于外加电压变高的异相间、绕组-铁心间,在低压电动机中必需使用耐放电 恶化特性不足的材料,使其在变频器电涌电压增加时,不发生部分放电那样,对电动机进行绝缘设计、制造,同时出货前进行产品检查,防止不良 品的出货。
对于以往的电动机绕组匝间的部分放电测量,例如在特开平8-170975 号公报、特开平8-122388号公报、特开平9-257862号公报上都有记载。 在以往的电动机绕组匝间的部分放电测量中,象上述众所周知的例子中记 载的那样,将电动机的三相绕组匝间的一相,连接在电涌电压的高压侧, 其他相连接在接地侧。而且,电动机铁心为浮动电位,外加电涌电压,测 量电动机绕组匝间的部分放电。即从电动机绕组的绕线开始侧,到绕线终 止侧,串联加上电涌电压,来测量绕组匝间的部分放电。另外,电涌电压 如特开平9-257862号公报记载的那样,使用上升时间为0.1 5ps、下降时 间为5 40w左右的一般的脉冲试验电压。
一方面,变频驱动时和工频驱动时相比,对于外加电压变高时的异相 间、绕组一铁心间,目前还没有变频驱动电动机用的明确的试验方法。
专利文献1:特开平8-170975号公报;
专利文献l:特开平8-122388号公报;
专利文献1:特开平9-257862号公报。
然而,在电动机上用以往的方法外加脉冲电压,测量绕组匝间的部分 放电时,不仅是在脉冲电压的急剧上升部分,在电压达到峰值后的缓慢的 电压衰减部分,也能观测到部分放电。在上述的电气学会技术报告p.14 20中指出,在尖急剧电涌电压下,电动机绕组匝间承担高电压,在变化缓 慢的电压下,电动机绕组匝间的电压分担降低。
一方面,绕组匝间以外的绝缘部分,具体地在电动机的异相间、电动 机绕组-铁心间的绝缘部分上,不管电涌电压是否急剧,都外加高电压。这 样,在脉冲电压的衰减部分观测到的部分放电可认为是在电动机的异相间 或绕组-铁心间的部分放电。在以往的方法中可知,至少在异相间或绕组-铁心间会发生部分放电,就不能正确地测量电动机的绕组匝间的部分放电 特性的现象。因此,下面除去其他的绕组,在被试验相的绕组的绕线开 始和绕线结束处外加脉冲电压,来测量绕组匝间的部分放电。然而,尽管 除去了异相间的绕组,但在脉冲电压的缓慢的衰减部分还可观测到部分放 电。也就是说在以往的方法中,即使用除去其他相绕组的状态进行试验, 在绕组-铁心间也会发生部分放电,不能正确测定绕组匝间的部分放电的现 象越发明显。如上所述,由于用以往的方法不能正确测定电动机绕组匝间 的部分放电,所以即使制造电动机,用变频驱动时就不能直接确认电动机 的绕组匝间是否发生部分放电。另外,由于不能确认所制造的电动机的绕 组匝间是否发生了部分放电,所以以往用变频驱动时,为了避免在其绕组 匝间发生部分放电,在考虑制造时的不良状况和各个产品的特性散差,必 须要进行以上所需的绝缘强化。
一方面,变频驱动时与工频驱动时相比,对于外加电压变高的异相间、 绕组-铁心间,由于到目前为止还没有明确的试验方法,同样的理由也必须 进行以上所需的绝缘强化。 一般地,容纳电动机绕组的定子铁心的槽的大 小,线圈末端部的大小,从绕组的占积率、制造时的机械恶化特性、线圈 末端尺寸、整形性、磁特性、热特性、电动机的电气机械输出特性的观点 看,对只进行绝缘强化的部分进行尺寸的放大是很困难的。其结果是以往 不能进行适于变频驱动的电动机的最佳绝缘设计、制作、检查和出货,使 节省能量、高效率的小型机器、设备的实现变得很困难。

发明内容
本发明的目的,提供一种就是在于提供变频驱动时,担心发生部分放 电恶化的一个绝缘地方,并且能够正确测定出以往所不能测定的电动机绕 组匝间的部分放电特性的方法。
另外,本发明的目的,就是对于目前还没有明确的试验方法的变频驱 动电动机的绕组-铁心间、异相间的部分放电计测法,使之明确的同时,提 供一种在变频驱动时,在各绝缘部不发生部分放电的适合变频驱动的电动 机。
本发明的变频驱动电动机绝缘设计方法,其特征在于,具备基于变 频器规格、变频驱动时的电动机端电压波形、及电动机绕组匝间的电压分 布,选出绝缘材料候补的步骤;制作电动机绕组的绝缘部的模型试样的步 骤;使用该模型试样,测定部分放电开始电压的步骤;以该部分放电开始 电压为基础,确定电动机绝缘规格候补,并制作电动机试样的步骤;使用该电动机试样,测定绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电压, 该测定值分别要比变频驱动时的电动机绕组-铁心间的峰值电压、异相间的 峰值电压、绕组-铁心间的急剧电压变化量乘以安全率之后的值大那样,作 为电动机绝缘设计规格的步骤。
本发明的变频驱动电动机的制造方法,其特征在于,具备在清漆处 理前后的任一当中,要测定绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开 始电压的步骤;只有该测定值分别比变频驱动时的电动机绕组-铁心间的峰 值电压、异相间的峰值电压、绕组-铁心间的急剧电压变化量乘以安全率之 后的任何一个值都大的产品为合格品。
将各种的电涌电压波形施加于电动机,测定、研究绕组匝间、异层间、 绕组-铁心间绝缘部的分担电压及部分放电特性的结果,本发明的目的在于 采用以下方法能够达到目的。即为了正确测定绕组匝间的部分放电,在电 动机的被试验相的出口部和电动机铁心间,在变频驱动时,外加具有电动
机端能观测到的相当于电涌电压上升时间trm的上升时间tr及下降时间tf 的电涌电压。具体地说,上升时间tr及下降时间tf,是在电动机绕组匝间 的电压分担开始显著增加的lps以下。最好可用600V或1200V级的IGBT 观测,而且外加具有电动机绕组匝间的电压分担大致饱和的O.l]is以下的 上升时间和下降时间的电涌电压。另外,电涌电压的上升时间和下降时间 之间的时间,即波峰值一定或者缓慢变化部分的脉冲幅度tw,设为在被试 验电动机的变频器电涌电压成为问题的绕组匝间的电涌传播时间T以上。 具体地,试验各种电动机的结果,脉冲宽度最短在lps以上,最好在lOps 以上。还有,这个电涌电压,可抑制可能由最初的第1个的电涌电压所产 生的绕组匝间以外的部分放电,而且,为了使伴随部分放电统计延迟和形 成延迟时间的部分放电开始电压的测定无误差,采用50Hz 20kHz进行反 复操作。在部分放电电流的测量上,将高压侧的电涌试验电压外加电缆贯 通于高频波CT、电流探针等的部分放电电流测量器上,从而达到能够测 量部分放电电流。还有,被试验相的绕组终端侧,或者是被试验相的绕组 终端侧连接到其它相的绕组的情况下,其它相绕组的出口,可以连接试验 电源、直接接地、用电阻、电感、电容等接地,或悬浮也可。
一方面,变频驱动时,各电动机的绝缘部不发生部分放电的适于变频驱动的电动机,可根据以下的绝缘设计、制造、检査、出货方法而得到。 也就是说,在变频驱动电动机的绝缘特性的研究、绝缘设计规格的确定上, 首先测定或用仿真求出额定电压、直流电压、极数、电涌电压变化量、电 涌电压上升时间、载波频率等的变频器规格,用电缆连接的变频器-电动机 间的变频驱动时的电动机端的异相间、绕组-铁心间的峰值电压、绕组-铁 心间的电涌电压变化量、电涌电压的上升时间等电压波形常数,和对于浪 涌电压上升时间的电动机内绕组匝间的电压分布。在此基础上,为使各绝 缘部不发生部分放电,缓和电场,需选出必要的绝缘物的厚度、适于排出 空气的清漆及其注入、干燥、硬化的方法,满足实机上所要求的耐热性、 机械强度的绝缘材料的候补,制作绕组匝间、异相间、绕组-铁心间的模型 试样。在制作的试样上,外加模拟变频驱动时加在各绝缘部上的电压的脉 冲电压,测量部分放电开始电压(CSV)。从得到的结果中,选定对于变 频驱动时分担在电动机各绝缘部上的电压,不发生部分放电的最优绝缘构
成,制造电动机试样。在制作的电动机中,首先将绕组的UVWXYZ连为
一体,在绕组-铁心间外加电涌电压或正弦波工频电压,测定部分放电开始
电压(CSV)。接着,当电动机Y型绕组时,切换成中性点的状态;A型 绕组时,切换成A接线的状态下,在U-X/V-Y/W/Z绕组的异相间,外加 电涌电压或者正弦波工频电压,测定部分放电开始电压(CSV)。最后, 对于U-X/V-Y/W/Z绕组或将此连接为Y型或A型的绕组,实施上述的本 发明的绕组匝间部分放电的测量。还有,在电动机试样上的绕组匝间的部 分放电开始电压(CSV),是部分放电发生时电动机端绕组-铁心间电压的 急剧电压变化量。将用以上的方法测定的绕组-铁心间、异相间、绕组匝间 的部分放电电压(CSV),与将变频驱动时的电动机端对地间(绕组-铁心 间)、异相间电压的峰值电压及对地间(绕组-铁心间)急剧电压变化量乘 以安全率"后的电压,即目标电压相比较,当部分放电开始电压(CSV) 相对于目标电压足够高时,在变频驱动对应绝缘系统中采用本次绝缘系 统,能够进行变频器对应电动机的绝缘设计。
一方面,用以上的方法研究、设计的绝缘规格的产品,还可用以下的 方法制作、检査,对于各个产品,确认能否作为变频驱动对应绝缘系统来 制作,并出货。也就是说,首先准备电动机定子铁心用的电磁钢板、绕线管、绕线用的漆包线或玻璃、薄膜绝缘线,绕组-铁心间、异相间的绝缘膜、 衬垫、管、带、扎线、清漆等的材料,使用这些材料制作线圈绕组、定子 铁心。制作的线圈绕组,安装在预先被插入了绕组-铁心间绝缘用的槽绝缘 的定子线圈的槽或磁极中,从定子铁心突出到外部的绕组之间接触的线圈 末端部,插入异相间绝缘用的衬垫。还有,当定子绕组插入预先用外装绝 缘带覆盖的槽时,槽的绝缘并不是一定必需的。插入定子铁心的多个线圈 绕组,可串联或并联连接,组成l相的电动机绕组。还有,在线圈末端部, 使电动机绕组在运转中不振动那样,用耐热性的扎线等固定。在制作的清 漆处理前的电动机中,首先将绕组的UVWXYZ接在一起,在绕组-铁心间
外加脉冲电压或正弦波工频电压,测定部分放电开始电压(csv)。接着,
在电动机Y型绕组时,切换成中性点的状态;A型绕组时,切换成A接线 的状态,在U-X/V-Y/W/Z绕组的异相间,外加脉冲电压或者正弦波工频 电压,测定部分放电开始电压(CSV)。最后,对于U-X、 V-Y、 W-Z绕组 或将此连接为Y型或A型的绕组,实施上述的本发明的绕组匝间部分放电 的测量。对测定的绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电压 (CSV),乘以上伴随清漆处理的部分放电开始电压(CSV)增加率"后, 将其与上述目标电压相比较,当前者比后者高时,转移到下面的清漆处理 工程中。相反地,当前者比后者低时,需考虑例如在绕组-铁心间,槽绝缘 处绕组是否脱落接触铁心;在绕组上实施外装绝缘带时存在打包不良等的 不好情况。另外,还需考虑在异相间,插入线圈末端部的相间纸是否充分 插入,从正规位置脱落,或者破损等的不良情况。在绕组匝间,考虑绕组 制作时的拉拽、弯曲等的应力下,绝缘线的绝缘层的厚度变化,发生损伤 或者因初期的绝缘线的缺陷,例如漆包线的针孔接触等的不好情况。因此, 在这样的电动机上,清漆处理前要分解绝缘特性不良部分,再进行绝缘加 工。
在用以上的方法制作的电动机的定子上,例如用滴下、涂布、喷涂、 或者浸渍定子绕组全体的方法实施清漆处理。清漆处理后的电动机绕组, 用规定的干燥、硬化流程进行硬化后,从炉中取出。清漆处理后的电动机, 和上述清漆处理前的电动机的绕组相同,可测量部分放电,测定各绝缘部 的部分放电开始电压(CSV)。将测量的部分放电开始电压(CSV)和目标电压相比较,当前者比后者高时,在框架上固定定子后,安装转子,根 据需要,实施规定的电气、机械、热、回转试验后,再出货产品。相反地, 当部分放电开始电压(CSV)比目标电压低时,作为变频驱动电动机为不 合格,暂缓出货。不合格品需再次实施清漆处理等的追加绝缘处理,重新 进行部分放电电压(CSV)的测定,或者例如在工频驱动上没有问题,可 作为工频驱动电动机,反复循环,能够降低废弃物。对于用以上的方法还 不满足特性的产品应作为制作不合格品而废弃。
还有,在以上的制造、检査方法上,在清漆处理前的阶段,各绝缘部
的部分放电开始电压(CSV)比目标电压高,或是伴随清漆处理的部分放 电开始电压(CSV)的提高倍数比1大很多,用清漆处理确实部分放电开 始电压(CSV)比变频驱动时的各绝缘部的外加电压高时,可将清漆处理 后的部分放电开始电压(CSV)测定的一部分或者全部省略。或者考虑伴 随着制作不良、绝缘材料的尺寸散差的部分放电开始电压(CSV)的散差, 用清漆处理清洗目标电压时,可将清漆处理前的部分放电开始电压(CSV)
测定的一部分或者全部省略。 (发明效果)
通过本发明,可正确测定出以往不能测定的电动机绕组匝间的部分放 电特性。另外,同时提供变频驱动时,适于在电动机各绝缘部不发生部分 放电的变频驱动的电动机。


图1是表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例1的 构成图。
图2是表示实施例1、 11和比较例1的绕组匝间分担电压为一定时,
绕组-铁心间、异相间加电电压及部分放电电流波形的图。
图3是表示使用于变频驱动对应电动机的绝缘研究中的电动机各绝缘
部的要素模型和部分放电试验电路的图。
图4是用于说明变频驱动对应电动机的绝缘规格研究方法的说明图。 图5是用于说明电动机试样的各绝缘部的部分放电开始电压(CSV)
测量方法的说明图。图6是用于将电动机绕组匝间的绝缘规格对应变频驱动的说明图。 图7是用于说明变频驱动对应电动机的制造、检査、出货方法的说明图。
图8是用于说明变频驱动对应电动机的绕组匝间检查、出货方法的说明图。
图9是表示变化电涌电压上升时间时的绕组匝间电压分担率的测量结 果的图。
图IO是电动机定子绕组及绝缘构造的概略图。
图11是表示,对应绕组匝间的浪涌传播速度T,使本发明的绕组-铁 心间电涌电压v(p-c)的脉冲宽度tw变化时的电动机绕组匝间分担电压v (t-t)的图。
图12是表示在22kW电动机的绕组-铁心间,外加电涌电压时的绕组
匝间分担电压及部分放电电流。
图13表示本发明的电涌电压波形调整电路的例子的图。
图14表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例2构
成的图。
图15表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例3构 成的图。
图16表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例4构 成的图。
图17表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例5构 成的图。
图18表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例6构 成的图。
图19表示实施例2 4的绕组匝间分担电压为一定时,绕组-铁心间、 异相间加电电压及部分放电电流波形的图。
图20表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例7构 成的图。
图21表示实施例5 7的绕组匝间分担电压为一定时,绕组-铁心间、 异相间加电电压及部分放电电流波形的图。图22表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例8构 成的图。
图23表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例9构 成的图。
图24表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例10构 成的图。
图25表示实施例8 10的绕组匝间分担电压为一定时,绕组-铁心间、 异相间加电电压及部分放电电流波形的图。
图26表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例11构 成的图。
图27表示电动机绕组匝间部分放电测量装置的比较例1的构成的图。
图28表示反复变化频率时的部分放电开始电压的图。
图29表示实施例1 8、 11及比较例1的各绝缘部的部分放电有无的图。
图30表示各种电动机的电涌电压传播时间r的图。
图31表示实施例1 8及实施例9、 10的各绝缘部的部分放电有无的图。
图中符号说明
l一电涌电压发生装置、2—试验用电动机、3—部分放电电流检测器、 4一电涌电压波形调整电路、5—电涌电压波形调整电路的电涌电压输出、 7—分析显示装置、8—电涌电压测量器、9一电涌电压测量器、IO—电涌 电压测量器、ll一交流-直流变换器、12—电容器、13—电容器、14一开关、 15—开关、16—上臂、17—直流中间电位点、18—下臂、19一开关控制用 高耐压驱动、20—直流平滑 过电流检测元件、21—直流平滑 过电流检 测元件、22—电动机被试验相、23—电动机被试验相、24—电动机非被试 验相、25—电动机铁心、26—电动机绕组的任意匝、27—电涌电压发生装 置的电涌电压输出、28—一定电压输出、30—控制记录装置、31—交流*直 流变换器门极信号控制线、32—驱动电路控制线、33—分析显示装置控制、 数据信号线、201、 202、 203、 204—绕组-铁心间电压、205—电动机绕组 匝间的部分放电电流、206—电动机绕组匝-铁心间的部分放电电流、207一电动机绕组匣-铁心间的部分放电电流、208—电动机异相间的部分放电
电流、301—高压侧漆包电线、302—低压侧漆包电线、311—漆包电线、 312—绕组-铁心间绝缘膜、313—SUS平板、314—应力集中缓和、绝缘衬 垫用硅酮橡胶垫块、321—漆包电线、322—异相间绝缘膜、323—SUS平 板、324—硅酮橡胶垫块、330—脉冲、正弦波电压源、331—要素模型试 样、332—阻塞绕组及电阻、334—耦合电容器、335—部分放电电流检测 器、51—脉冲、正弦波电压源、52—阻塞绕组及电阻、53—耦合电容器、 54—部分放电电流检测器、55—试验用电动机、56—电涌电压发生装置、 100—定子铁心、101—定子槽、102—绕组末端、103—电动机绕组、104 一槽绝缘、105—异相间绝缘、121—电动机绕组-铁心间电压、122—绕组 匝间分担电压、123—部分放电电流、124—被试验相绕组开始匝的绕线-铁心间电压、125—绕组终止匝的绕线-铁心间电压、126—脉冲幅度、127 一偏置电压、128—绕组匝间分担电压的峰值间电压、129—部分放电电流 脉冲、131—电涌电压发生装置的输出电压波形、132—通过LCR值大的 滤波器后的电涌电压输出波形、133—通过LCR值小的滤波器后的电涌电 压输出波形、134—RC滤波后的浪涌电压输出波形,135—无屏蔽的长电 缆后的电涌电压输出波形、136—有屏蔽的长电缆后的电涌电压输出波形、 141—一定电压输出、142—电涌电压发生装置的输出、151—绝缘变压器 及滑动式变压器、152—二极管整流电路、151—电涌电压发生装置的输出、 152—一定输出电压、161—电涌电压发生装置的输出、162—一定电压输 出、170—偏置电压源、171—电涌电压发生装置的输出、172—一定电压 输出、182—同轴电缆、183—开关、184—同轴电缆的终端、185—负载电 阻、186—同轴电缆充电用电阻、187—直流平滑 过电流检测元件、188 一电容器、189—实施例6的浪涌电压发生装置的输出、2002—同轴电缆、 2003—开关、2004—同轴电缆的终端、2005—负载电阻、2006—同轴电缆 充电用电阻、2007—直流平滑"过电流检测元件、2008—电容器、2009— 实施例7的电涌电压发生装置的输出、220—实施例8的浪涌发生装置的 输出、221—浪涌下降时间改善用幵关、232—实施例9的浪涌发生装置的 输出、233—电动机非被试验相的浮动电位化、240—实施例9的浪涌发生 装置的输出、241—电动机非被试验相的接地电阻、262—直流平滑,过电流检测元件、263—直流平滑 过电流检测元件、264—直流电容器、265 一直流电容器、268—开关、269—开关、270—负极性脉冲电压发生用电 容器、271—正极性电涌电压发生用电容器、272—负载电阻、274—根据 电动机铁心和接地间的绝缘的电动机铁心浮动电位化、275—脉冲电压输 出、276—部分放电电流检测器。
具体实施例方式
以下用付图说明本发明的实施方式。图1表示本发明的电动机绕组匝 间部分放电测量装置的实施例1。本例的电动机绕组匝间部分放电测量装 置,含有电涌电压发生装置1,电涌电压波形调整电路4,电涌电压测量 器8、 9、 10,部分放电电流检测器3,分析显示装置7及控制记录装置30, 来测量检测用电动机2的绕组匝间部分放电。还有,所谓绕组匝间部分放 电是指,例如在检测用电动机2的一个绕组出口 22和其绕组的任意匝26 间的部分放电。
电涌电压发生装置1含有交流一直流变换器11,直流平滑,过电流检 测元件20、 21,直流充电用电容器12、 13,及在后段的电涌电压波形调 整电路4中,用于供给上臂16的正电压和下臂18的负电压的开关14、 15。 交流一直流变换器11,由通电时间可变的晶闸管等的半导体器件构成的三 相、单相交流全波电路或者半波整流电路构成,通过改变半导体器件的门 极信号的ON、 OFF的时间,改变输出直流电压的大小。直流平滑'过电 流检测元件20、 21,由电抗线圈及电阻构成,将直流电压上重叠的脉动、 高频噪声进行平滑化的同时,测量从电源侧流入负载侧的电流,检测其绝 缘破坏、接地等的负载异常情况。整流的直流,用电容器12、 13存储。 电容器12、 13的连接点17接地,当交流一直流变换器11生成的直流电 压为E时,每个电容器上分担E/2的电压,上臂16和下臂18的对地电压 各自为E/2、 -E/2。从控制记录装置30来的控制信号,通过高耐压驱动电 路19,直接或者变换成电气-光、光-电气信号,控制开关14、 15的ON、 0FF。开关14、 15可使用IGBT、 MOS-FET器件等的高速开关。开关14 和15,被控制成当开关14为0N期间,开关15为OFF;当开关14为OFF期间,开关15为ON的推挽型电路。电涌电压发生装置1的输出27,成 为图中右上方所示的变化为E/2和-E/2对地电涌电压。还有,在实施例1 中,电涌电压的上升时间和下降时间为0.1)iis。另外,E/2的电压部分的脉 冲宽度可在lps 2ms之间变化。电涌的重复频率可在50Hz 20kHz之间 变化,用作为对象的变频器的载波频率进行试验。 一方面,电涌电压发生 装置1的另一个输出28,输出-E/2的一定电压。
图13表示电涌电压波形调整器4的例子。电涌电压波形调整电路4, 例如由LCR滤波器、RC滤波器、长电缆等构成。电涌电压发生装置l的 输出27产生的电压波形可作为电动机绕组匝间的部分放电试验所必需的 波形。也就是说,当电涌电压波形调整电路4由LCR滤波器构成时,电 涌电压发生装置l的输出波形131,当LCR滤波器的(#)的值及衰减 电阻R的值大时,电压上升时间变为缓慢的132的波形,当(#)的值 及衰减电阻R的值小时,会变成高速LC共振振动波形。还有,后者的情 况可简单地模拟变频驱动电动机的电动机端的电涌电压振动波形。
一方面,当电涌电压调整波形电路4由RC滤波器构成时,电涌电压 发生装置1的输出波形131,产生跟随电容器和电阻的时间常数所决定的 充电特性变化的电压上升特性134。
当电涌电压波形调整电路4由长电缆构成时,电涌电压调整电路4的 尺寸变大,可模拟实际磁场的变频驱动电动机的电动机端电涌电压振动波 形。长电缆可使用在实际磁场中使用的无屏蔽电缆,或用铁管、平编线等 屏蔽的电缆等。电涌电压发生装置1的输出波形131,无屏蔽时的情况135 和有屏蔽时的情况136虽不同,但相同地,都有共振波形。还有,电涌电 压波形调整电路4,还含有用于直通以上波形调整电路的分路,使电涌电 压发生装置1的输出波形直通输出。
回到图1,电涌电压波形调整电路4的输出5,通过部分放电电流检 测器3,连接到试验用电动机2的3相绕组内,2个绕组的出口22、 23。 另外,在部分电流检测器3中,各自的高压连接线,相互反方向贯通。由 此,随着电涌电压上升和下降的急剧电压时间变化,消除了同时流过电动 机绕组22、 23的杂散电容中的充电电流,而且,可高精度检测被试验相 的绕组的高压外加侧所产生的部分放电电流。 一方面,试验用电动机2的3相绕组内,其他相绕组的出口 24,连接到电涌电压发生装置1的负极性
一定电压输出端子28上。还有,电动机铁心25接地,电涌电压发生装置 1的输出电压外加到被试验相22、 23的绕组-铁心间。加于电动机的各绝 缘部的电压,由于连接电涌电压测量器8、 9、 10,能够进行测量,例如测 量电涌电压波形调整电路4的输出5,能够测量电动机被试验相的绕组的 任意匝26和电涌电压发生装置1的一定电压输出端子28的对地电压。
电涌电压测量器8、 9、 10和部分放电电流检测器3的输出被连接到 分析显示装置7上。在分析显示装置7内部,演算电涌电压测量器8、 9、 10的输出电压,显示、记录加在电动机的绕组匝间、绕组-铁心间、异相 间绝缘部的电压。具体地,在实施例1中,绕组匝间电压可用模拟或数字 演算电涌电压测量器8和9的输出的差电压求得。另外,由于实施例l中 电动机铁心25接地,绕组-铁心间的电压和电涌电压测量器8的对地电压 相同。绕组22、 23的相和绕组24的相的异相间电压,可用模拟或数字演 算电涌电压测量器8和10的输出的差电压求得。部分放电电流检测器3 的输出,连接到分析显示装置7的模拟或数字高通滤波器或带通滤波器上, 它可消除随着电涌电压上升和下降的急剧时间变化而流过电动机绕组22、 23的杂散电容的充电电流,只表示、记录部分放电电流。高通滤波器或带 通滤波器的截止频率,必需是电涌电压的上升、下降时间O.lps的倒数 10MHz以上,最好为30MHz 70MHz左右。还有,如前所述,在实施例 1中,在部分放电电流检测器3上,因电动机绕组22、 23的连接引线反方 向贯通,可消除随着电涌电压的上升和下降的急剧电压时间变化,同时在 电动机绕组22、 23的杂散电容中流过的充电电流。另外,由于不可消除 的充电电流可用滤波器除去,所以能进行高精度的部分放电测量。例如当 想在三相绕组的制作途中试验特定的一相时,则被试验相只1个。而且, 这样的情况时,如果分析显示装置7内的滤波器的截止频率提高10 30MHz程度,则可用部分放电电流检测器3测量特定的一相的部分放电。
控制记录装置30,控制电涌电压发生装置1和分析显示装置7,记录 数据。具体地,电涌电压发生装置1的电压峰值,通过整流电路11的门 极信号控制线31,控制并输出门极脉冲信号,电涌电压的发生,是在控制 开关14、 15的驱动电路19上,通过控制线32加以输入信号进行控制。一方面,部分放电的有无,是在分析显示装置7上附上噪声电平以上的窗 口触发,产生超过窗口设定电压的部分放电,窗口触发发生时,认为发生 部分放电。控制记录装置30,接受触发的发生信号,引入放电电流的大小 和放电发生时所观测的电动机绕组匝间、绕组 一铁心间、异相间的任何 一个电压。同时,将绕组-铁心间的急剧电压变化量作为电动机绕组匝间的
部分放电开始电压(CSV...Corona Starting Voltage)进行表示、记录。还 有,在具体的试验中,OV或实际结果以上,从不发生部分放电的电压电 平开始,升压电涌电压发生装置1的整流电路11的直流电压,通过向开 关14、 15输入0N/0FF信号,输出脉冲电压。同时,用分析显示装置7 的有无触发,监视部分放电的有无,记录部分放电发生时刻的直流电压输 出指示值和电动机绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压。还有,将部分放 电发生时的绕组-铁心间电压的急剧电压变化量,作为电动机绕组匝间的部 分放电开始电压(CSV)进行表示、记录。所记录的电动机绕组匝间的部 分放电开始电压(CSV),与变频驱动时加在电动机端的绕组-铁心间的急 剧电压变化乘以安全率《后的目标电压相比低时会发出警告。
图2表示在使用实施例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置中,在 电动机被试验相的出口侧,外加电涌电压时的出口部分的绕组匝间、绕组 -铁心间、异相间电压、部分放电电流的测量波形。如上所述,绕组匝间电 压,通过电涌电压测量器8和9的输出之差获得,绕组-铁心间电压,通过 电涌电压测量器8的输出获得,异相间电压通过电涌电压测量器8和10 的输出之差获得,部分放电电流通过部分放电电流检测器3的输出获得。
电涌电压发生装置1的输出电压的上升时间和下降时间设为O.lps,电 压为E/2的一定的部分脉冲幅度为10iis。电涌电压的反复频率设为50Hz。 在电涌电压波形调整电路4中,将输入直通输出。还有,绕组-铁心间电压 的情况,电压波形线201,表示在图1的电动机被试验相的电压外加部分 22处测量的电压波形,电压波形202表示在绕组匝的一部分26处测量的 电压波形。用本发明的试验装置,测定加于各绝缘部的电压波形的结果, 在绕组匝间,电涌电压从被试验相的电压外加部分22 (电压波形201)向 绕组匝的一部分26 (电压波形202)进行传播时仅延迟了传播时间r,所 以产生分担电压的现象变得明显。另外,绕组-匝间的分担电压的峰值,与绕组-铁心间的急剧电压变化量AV:E (=E/2- (-E/2))相对,k-0.8倍, 绕组-铁心间的急剧电压变化量AV几乎都外加在绕组匝间。
这样的情况,象以往那样,当铁心设为浮动电位的状态时,在电动机 的绕组开始和终止处外加电压,在电动机绕组间上串联地外加电涌电压, 在用绕组匝间的部分放电测量的绕组匝间部分放电试验的方法中,在绕组 匝间不能充分外加电压。或者在铁心和周围的杂散电容的次序上,显示出 电动机绕组匝间的分担电压每次都不同,不能正确测量绕组匝间的部分放 电。还有,换而言之,在以往的电动机绕组匝间部分放电试验中,异相间 电压由试验电源侧控制,虽在绕组匝间外加电压,可测量部分放电,但实 际上与绕组-铁心间的急剧电压变化量成比例,决定绕组匝间的分担电压。 因此,如像本发明那样,如果控制绕组-铁心间的急剧电压变化量,在绕组 匝间外加电压而不进行部分放电测量,就不能判断电动机绕组匝间的正确 的部分放电测量。 一方面,在绕组-铁心间的电压是峰值为^2禾11- E/2的 矩形波,峰值间电压为E。另外,异相间电压为正极性矩形波电压,峰值 期间电压为E。观察在这些绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加上电压时的 部分放电电流波形205,当在绕组匝间外加电压的时刻,发生部分放电; 其他时刻都不发生部分放电。由此,显示出用本发明的电动机绕组匝间部 分放电测量装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示从电动机上发生部分放电时,外加在各绝缘部上的电压。 另外,还表示了用模拟各绝缘部的要素模型,测定的部分放电开始电压 (CSV)。
图3表示模拟绝缘部的要素模型。绕组匝用电动机绕组中使用的两根 漆包电线301和302捻在一起的对捻试样来模拟。绕组-铁心间,将电动机 绕组中使用的漆包电线311装到绕组-铁心间的绝缘中使用的聚酯薄膜312 上,其上装有厚度10mm的应力集中缓和及绝缘衬垫用的硅酮橡胶垫块 314,将这些再用厚度5mm的SUS平板313夹住,用螺栓紧固的试样来 模拟。另外,异相间,将在电动机的线圈末端的异相间绝缘中使用的聚酯 薄膜322,用电动机绕组中使用的漆包电线321夹住,再将这些用应力集 中缓和及绝缘衬垫用硅酮橡胶324和SUS平板323夹住,用螺栓紧固试样 来模拟。在部分放电测量上,用可输出正弦波和脉冲电压的电源,通过阻塞电阻及绕组332,在模拟试样331上外加模拟变频器波形的双极性脉冲 电压,用高频波CT335测量流过耦合电容器334和试样331的闭回路的部 分放电电流,将部分放电发生时的试样外加电压作为部分放电开始电压 (CSV)进行记录。
比较图29的结果,在实施例1中,绕组匝间的分担电压比要素模型 测定的部分放电开始电压(CSV)高,可认为在电动机绕组匝间发生了部 分放电。 一方面,绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定的部 分放电开始电压(CSV)的l/2程度,认为未发生部分放电。由此,用本 发明的试验装置,可高效率地正确测定绕组匝间外加电压时,绕组匝间的 部分放电的现象。
还有,在实施例1中,电涌电压的上升时间和下降时间为O.lps。然而, 电涌电压的上升时间和下降时间未必为O.lps,可能出现在绕组匝间分担 电压的情况。因此,测定电涌电压上升时间变化时的绕组匝间分担电压, 其结果如图9表示。
图9横轴表示电涌电压的上升时间、纵轴表示对应对地间电涌电压变 化量的绕组匝间分担电压。电动机绕组匝-铁心间的电涌电压上升时间tr (p-c) m在lps以上,电压分担率k几乎一定,比lps短时,电压分担率 k变大,在电动机端观测到的电涌电压上升时间tr (p-c) m=0.1ns时,约 为80%。由此可知,本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的电涌电 压的上升时间和下降时间在ljiis以下,最好用600V或者1200V级的IGBT 观测,而且可认为绕组匝间的电压分担在近乎饱和的0.1ps以下为最好。
一方面,在实施例1中,电涌电压的上升时间和下降时间之间的时间, 即脉冲宽度tw为10|is。然而,输出电涌电压的一定电压的区间,由于电 源在负载侧必须持续流过电流,而脉冲宽度长时,就必须加大电涌电压发 生装置1的电源容量。因此,测定使脉冲宽度tw变化时的绕组匝间分担 电压。
图11表示在电动机绕组-铁心间外加的电压V (p-c)的脉冲宽度tw 变化时的电动机绕组匝间的分担电压V (t-t)。还有,脉冲宽度tw,是以 电涌电压在电动机绕组中可能绝缘恶化的绕组匝间传播的时间r为基准, 根据3个条件测定。图ll (a)是tw〉"的情况,图ll (b)是tw^、图11 (C)是tW〈《的情况。这个结果,如图11 (a)、图11 (b)所表示的
那样,当绕组-铁心间的外加电压V (p-c)的脉冲宽度tw在绕组匝间的浪 涌传播时间r以上时,绕组匝间的分担电压V (t-t)的峰值间电压为2k -E 一定。然而,如图ll (c)所示,当脉冲宽度tw未满绕组匝间的浪涌传播 时间r时,与绕组匝间的分担电压V (t-t)的峰值间电压与2k"E相比变 小。由此,在电动机绕组匝间的部分放电试验中,外加在电动机绕组-铁心 间的外加电压V (p-c)的脉冲宽度tw,明显需要在电动机绕组上可能发 生绝缘恶化的绕组匝间的电涌电压传播时间r以上。
图30表示用各种容量的电动机测定1个线圈的电涌传播时间r的结 果。此结果表明,电涌电压传播时间r根据容量而不同,大致在l^ 2ps。 因此,用本发明的电动机绕组匝间的部分放电测量装置,至少外加在电动 机绕组-铁心间的电涌电压V (p-c)的脉冲宽度tw应在lps以上,最好在 l位数以上,长10ps以上。
图12表示用22kW、 400Vrms级的电动机,在电动机绕组-铁心间外加 脉冲宽度1.5^is的负极性脉冲电压时的电动机绕组匝间分担电压。如图30 所示,在22kW的电动机中,电涌传播时间r为0.8ps 1.0ias,所以外加到 绕组-铁心间的电涌电压的脉冲宽度tw为1.5|as。电动机绕组-铁心间的电 压121,用被试验相的绕组开始124和绕组终止的125两点测定。脉冲宽 度126约为1.5jLis。电动机绕组匝间的分担电压122,通过计算被试验相的 绕组开始124和绕组终止125的绕组-铁心间的差电压求得。还有,在部分 放电电流123被同时测定时,观测部分放电电流脉冲129。
在绕组匝间分担电压122中,开始随着绕组-铁心间外加电压121的负 极性电压变化部分的传播延迟,出现负极性的电压峰值,其后随着外加电 压121的正极性电压变化部分的传播延迟,出现正极性的电压峰值。然而, 在22kW的电动机上,与图11不同,在电涌电压的下降部附近,电涌电 压124和125之间的传播时间变短,在峰值附近电涌电压的传播时间变长。 另外,特别是外装峰值附近的电涌传播时间的结果,与用峰值间电压的中 间电位测量的电涌电压传播时间r-0.8^相比,变为约10倍。
前者的原因,在试验用电动机上,绕组匝间的电容性耦合很大,电涌 电压的急剧电压成分进行电容性传播。另外,后者的原因,认为绕组的LC滤波器作用,铁损、铜损等的高频损失大,电涌电压传播绕组时,高 频成分衰减。也就是说,它显示了所有的电动机并不限于都能得到如图11 那样的结果。这样,由于绕组匝间分担电压122,在负极性的电压变化未 收敛在OV期间,产生正极性的电压变化,与从绕组-铁心间的外加电压
124类推的峰值间电压相比,峰值间电压128仅在电压偏置127部分变小。 电压偏置127,是起因于负极性电压未回到OV之内产生正极性电压变化。 因此,由此可看出,在进行各种电动机的绕组匝间部分放电测量时,至少 外加在电动机绕组-铁心间的电涌电压的脉冲宽度tw,必需在被试验电动 机的绕组匝间的电涌传播时间r以上,最好在IO倍以上。
在实施例1中,电涌电压的重复频率为50Hz。 一方面,电涌电压的触 发为外部触发,使电涌电压的重复频率变化,部分放电测量的结果在图28 中表示。纵轴将图29的绕组匝间的要素模型部分放电开始电压2、 080Vp-p,作为100%记录。当电涌电压的触发频率不足50Hz时,随着反 复频率降低的同时,部分放电开始电压变高,测定误差变大。另外,当手 动外加单发电涌电压时,相反地,会发生部分放电开始电压下降的现象。 研究这种现象的原因的结果,认为前者的原因是绕组-铁心间放电开始电压 的统计滞后、形成滞后。另外,后者的原因可认为是绕组-铁心间、异相间 的绝缘部表面存在初期加电电荷。因此,在本发明的电动机绕组匝间的部 分放电测量上,必需提高电涌电压的重复频率。特别是要想使部分放电开 始电压的测定误差抑制在要素模型的±10%之内,最好象实施例1那样, 设置重复频率达到50Hz以上。于是,还要对加再次提高反复频率的情况 进行研究。其结果是在20kHz之前,可观测到图2的电涌性部分放电电流 205。然而,当与20kHz相比,出现高频时,就不能观测到图2的电涌性 部分放电电流205。其原因在于,如果电涌电压的重复频率为过度高频时, 可认为放电形态从电涌向发光移动,不能进行放电测量。由上可知,在本 发明的电动机绕组匝间的部分放电测量上,最好电涌电压的重复频率在 50Hz 20kHz。
图4表示用本发明得到的电动机绕组匝间部分放电测量装置及实地观 察所提出的适于变频驱动的电动机的绝缘设计方法。首先用步骤S401,进 行了变频驱动电动机的绝缘特性的研究、绝缘设计规格的确定。测定或用仿真求得额定电压Urms、直流电压DCV、极数N、电涌电压变化量AVi、 电涌电压上升时间tri、载波频率fc等的变频器规格,变频器-电动机间用 长度Lk的电缆连接、变频驱动时的电动机端的异相间、绕组-铁心间的峰 值电压Vp(p-p)m、 Vp(p-c)m、绕组-铁心间的电涌电压变化量AV(p-c)m 、 电涌电压上升时间tr(p-c)m等的电涌电压波形常数,对应电涌电压上升时 间tr(p-c)m的电动机绕组匝间的电压分布k=V(t-t)/ AV(p-c)m。具体地, 当用400Vrms级2极变频器驱动的电动机作为变频驱动规格时,变频器的 直流电压在二极管整流电路的情况下,约为570V。极数为2,电涌电压变 化量A Vi约为570V。电涌电压上升时间tri是从变频器输出端的实测值为 0.08Ms。载波频率fc是在500Hz 16kHz的范围内,按照顾客要求规格进 行选择,符合顾客要求选为5kHz。电动机端的异相间、绕组-铁心间的峰 值电压Vp(p-p)m、 Vp(p-c)m,实际上用Lk=50m的屏蔽电缆连接变频器 和电动机,并测定求得电动机端的电压。其结果是使外加于绕组-铁心间、 异相间的双极性电压的峰值电压各自为Vp(p-c)m=860Vp、 Vp(p-p)m=1140 Vp、绕组-铁心间的电涌电压变化量为Vp(p-c)m=1140V、电涌电压上升时 间为tr(p-C)m=0.1pS。因此,在适于变频驱动电动机的电动机中,至少绕 组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电压(CSV),与各自的 860Vp, 1140Vp, 1140V相比,需要高些。 一方面,用与电涌电压上升时 间tr(p-c)m相对的电动机内绕组匝间电压分布k,可在对象容量、电压等 级的电动机上得到图9的特性。也就是说,电动机绕组-铁心间的电涌电压 上升时间tr(p-c)m在lps以上时,电压分担率k几乎一定,但比lps短时, 电压分担率k变大,电动机端观测到的电涌电压上升时间tr(p-c)mKU)as, 约为80M。此结果表明,在变频驱动时,对象电动机的绕组匝间会分担k,A V(p-c)m=910Vp的峰值电压的双极性电压。
下面,用步骤S402所得到的异相间、绕组-铁心间、绕组匝间电压不 发生部分放电,需选定多种含有必要的介电常数、厚度的绝缘材料、清漆 候补,用步骤S403制作绕组匝间、异相间、绕组-铁心间的绝缘模型试样。 绝缘模型试样的概图如图3所示。具体地,在电动机绕组匝间试样上,准 备使用于电动机绕组中的漆包电线的皮膜厚、线径不同的试样,作成相同 规格的电线301和302捻在一起的对捻试样。用步骤S404,在所制作试样上施加电涌电压,测定部分放电开始电压
(CSV)。其结果是漆包电线对捻试样的部分放电开始电压(CSV)为 750Vp 1200Vp。在这里,对应电动机绕组匝间的分担电压910Vp,采用 添加变频器电源的电压变动量的10%作为安全率,部分放电开始电压
(CSV)满足1000Vp的漆包电线。其次,在电动机绕组-铁心间试样上, 准备各种厚度的聚酯薄膜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇、云 母、玻璃纤维布等的薄膜311,在其上装上电动机绕组中使用的的漆包电 线311,其上装上厚度10mm的应力集中缓和及衬垫用的硅酮橡胶块314, 再将这些用厚度为5mm的SUS平板夹住,制成螺栓紧固的试样。在制成 的试样上,加上电涌电压,测量部分放电开始电压(CSV)的结果,是各 种薄膜的部分放电开始电压(CSV)为1200 1800Vp。由于电动机绕组-铁心间的分担电压的实测值为860Vp,所以无论哪个薄膜都要有余量。且 由于在电动机绕组-铁心间电压上,变频器的输入侧三相交流电源的不平 衡,发生电压变动,会出现正弦波电压重叠的危险。发生异相间相同等级 分担电压的可能性,采用满足增加异相间电压1140Vp的安全率10%的 1250Vp的薄膜。在电动机异相间试样上,准备和绕组-铁心间相同,各种 厚度的聚酯薄膜、聚酰亚胺、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇、云母、玻璃 纤维布等的薄膜322,将此用漆包电线321夹住,再用应力集中缓和及衬 垫用硅酮橡胶块324和SUS平板323夹住,用螺栓紧固试样模拟。在所制 作的试样上,加上电涌电压,测定部分放电开始电压(CSV)的结果,是 各种薄膜的部分放电开始电压(CSV)为1300 1800Vp。这里,对于电 动机异相间的分担电压1140 Vp,加上变频器电源的电压变动成分的10% 作为安全率,部分放电开始电压(CSV)采用满足增加1140 Vp的增加10% 的1250 Vp的薄膜。用步骤S405,在确定的绝缘规格上,制作电动机试样。 用步骤S406测定所制作的电动机的绕组-铁心间、异相间、绕组匝间 的部分放电开始电压(CSV)。
图5表示Y接线的电动机的测定方法的例子。即在绕组-铁心间部分 放电开始电压(CSV)的测定上,将电动机55的UVWXYZ接到一起, 通过阻塞线圈及电阻52将此连接到试验电源51。另外,电动机铁心25 接地,在绕组-铁心间外加脉冲电压,测定部分放电开始电压(CSV)。部分放电用高频CT54测定。高频CT54,将用于制作部分放电电流闭回路的 耦合电容器53和电动机铁心25的接地端子固定,测定部分放电电流及部 分放电发生时的部分放电开始电压(CSV)。
用步骤S407进行异相间部分放电开始电压(CSV)的测定。在电动 机55中性点切断的状态下,通过阻塞线圈及电阻52,将U相和V相连接 到试验电源51上。另夕卜,其他的W相接地,在U-X/W-Z绕组的异相间和 V-Y/W-Z绕组的异相间,外加脉冲电压。部分放电用高频CT54进行测定。 高频CT54,将耦合电容器53和被试验相的高压引线和接地端子固定,测 定部分放电电流及部分放电发生时的部分放电开始电压(CSV)。在同样 的电路中,通过阻塞线圈及电阻52,将V相、W相连接到试验电源51上, 在V-Y/U-X绕组的异相间,外加电涌电压,测定异相间的部分放电开始电 压(CSV)。
用步骤S408进行绕组匝间部分放电开始电压(CSV)的测定。对于 U-X、 V-Y、 W-Z绕组连接成Y型绕组,实施上述的绕组匝间部分放电测 量。具体地,如图5所示,通过阻塞线圈及电阻52,将U相和V相连接 到电动机绕组匝间试验电源56的电涌输出端子上。另外,其他的W相, 连接到绕组匝间试验电源56的一定电压输出端子上。电动机铁心25接地, 电涌电压发生装置的电压加到被试验相U、 V相的绕组-铁心间。还有,电 动机绕组匝间试验电源56的电涌电压发生装置及电涌电压波形调整电路 的输出的电涌电压上升时间tr和下降时间tf,为变频驱动时的电动机端绕 组-铁心间电涌电压上升时间tr(p-c)mN).liiS。另外,脉冲宽度tw为10ns, 重复频率为变频器载波频率的5kHz。部分放电用高频CT54测定。高频 CT54,将耦合电容器53和被试验相的电涌电压外加引线和一定电压外加 引线固定,测定部分放电电流及部分放电发生时的部分放电开始电压 (CSV)。
用步骤S409确定绝缘规格。以上的结果,是电动机绕组-铁心间、异 相间、绕组匝间的部分放电电压开始电压(CSV)与有无电动机清漆处理 无关,各自为1300Vp、 1340Vp、 1310V。变频驱动电动机的分担电压, 各自分别为860Vp、 1140Vp、 1140V。但如果考虑对应电压变动、电源不 平衡的安全率,如前所述,部分放电开始电压(CSV)在电动机绕组-铁心间、异相间、绕组匝间,必需满足各自目标1250Vp、 1250Vp、 1250V。 因此,制作的电动机部分放电开始电压(CSV),任何一个都需达到目标 电压。由上可知,采用以上的电动机绝缘设计方法,能够确定出适于变频 驱动的电动机的绝缘设计及规格。
还有,在以上的绝缘设计中,表示了变频驱动电动机的绕组-铁心间、 异相间、绕组匝间的绝缘规格的确定方法。然而,在工频驱动时电动机的 绕组-铁心间、异相间要外加比较高的电压。因此,以往关于这些的绝缘部 的绝缘设计、研究数据很多,即使不进行上述研究,也可使用既存的设计 资料进行设计。这样的情况下,在变频驱动电动机的绝缘设计中,只进行 了绕组匝间的绝缘设计。另外,在以上的方法中,以模型试样的绝缘特性 为基础,制作了电动机试样。然而,象以下说明的那样,也有首先制作电 动机试样,再进行加上制造时的机械恶化的绝缘特性的研究,效率很好的 情况。
参照图6,说明确定电动机绕组匝间的绝缘规格的其他方法。在本例 中,制作电动机试样后,确定电动机绕组匝间的绝缘规格。用步骤S601 制作出用变频驱动用电动机的绝缘候补规格制作的电动机试样数种。接 着,用步骤S602 S608,必须将图1的电涌电压发生装置1及电涌电压 波形调整电路4的输出电压的上升时间tr和下降时间tf设定为一致。当要 驱动制作的电动机时的电动机绕组-铁心间的电涌电压上升时间tr(p-c)m 已知时,将其作为上升时间tr。当异相间的电涌电压上升时间tr(p-p)m已 知时,将其作为上升时间tr。当这些值未知时,用600V、 1200V级IGBT 变频器观测到的约0.1|is为上升时间tr。
用步骤S609测定绕组匝间的部分放电试验、部分放电开始电压 (CSV)。用步骤S602 S608,设定电动机端急剧电压变化量AV。例如, 当得到变频驱动时的电动机端的绕组-铁心间间急剧电压AV(p-c)m时,将 其作为电动机端急剧电压变化量AV。当得到异相间急剧电压AV(p-p)m 时,将其作为电动机端急剧电压变化量AV。当得到变频器端的电涌电压 上升时间tri、变频器端的急剧电压变化量AVi、及变频器-电动机间的电 缆长Lk时,按照以下公式,设定电动机端急剧电压变化量AV。
△V=2AVi (^2)△V=4AVi〃 (2"芸4) △V=AVi (Z〉4) C=tri c/Lk —
当这些式子中的变量未知时,将变频器端的急剧电压AVi的2倍作为 电动机端急剧电压变化量AV。或者是将由变频器额定电压Urms类推的 急剧电压变化量2^Urms作为电动机端急剧电压变化量AV。
用步骤S619,将测定的部分放电开始电压(CSV)和电动机端急剧电 压变化量AV乘以安全率"后的电压"AV相比较。当部分放电开始电压 (CSV)比电压"AV大时,用步骤S620确定变频器对应的绝缘规格。当 部分放电开始电压(CSV)没有电压"AV大时,用步骤S621修正绝缘规 格,进行清漆处理、加厚绕组匝间绝缘的厚度等的绝缘强化,回到步骤 S601。这样,就能够简单地设计出变频驱动对应电动机的绝缘系统。
图7表示将研究、设计变频驱动对应绝缘规格的电动机,进行实际制 作、检查,确认各个产品能否用变频驱动对应绝缘系统制作,并出货的方 法。另外,图10表示具体的制作低压电动机的定子绝缘构造的概略例。 用步骤S701选定并准备电动机定子铁心用的电磁钢板、线圈架、绕组用 漆包线、玻璃、薄膜绝缘线、绕组-铁心间、异相间的绝缘膜、衬垫、管道、 带、扎线、清漆等的材料。用步骤S702制作线圈绕组和定子铁心。具体 地,制作图10的线圈绕组103、定子铁心100。用步骤S703制作的线圈 绕组,将槽绝缘安装在被插入槽绝缘的定子线圈槽中,绝缘槽预先与绕组 —铁心间绝缘,用步骤S704在定子铁心突出到外部的绕组所接触的线圈 末端部,插入异相间绝缘用的衬垫。具体地说,在预先插入图10的线圈 绕组,在槽绝缘104的槽101上装上绕组104,在线圈末端部102上,相 不同的绕组间,插入异相间绝缘膜105。步骤S705在图IO中未图示,将 定子铁心中所插入的多个线圈绕组,用绕组的余长或用搭接线串联或并联 连接,组线成l相的电动机绕组。在搭接线上,覆盖绝缘管等的绝缘体或 巻上绝缘带。在线圈末端部,使电动机绕组在运转中不振动那样,用未图 示耐热性的扎线绑紧、固定。
用步骤S706制作的电动机,在清漆处理前首先将绕组的UVWXYZ 接到一起,在绕组-铁心间外加脉冲电压,测定部分放电开始电压(CSV)。用步骤S707在电动机中性点切断的状态下,在U-X/V-Y/W-Z绕组的异相 间外加脉冲电压,测定部分放电开始电压(CSV)。用步骤S708,最后对 U-X、 V-Y、 W-Z绕组连接成Y型的绕组,实施本发明的绕组匝间部分放 电测量。具体地,和上述变频驱动电动机的绝缘检测的研究相同,用图5 的电路试验。还有,在绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电 压上,乘以伴随清漆处理的部分放电开始电压(CSV)增加率"=1。其结 果是,无论用5个试验用电动机中的哪一个,都可满足变频驱动电动机绝 缘系统的目标电压。也就是说,设想400Vrms级变频驱动电动机,用任何 一个电动机,都可满足电动机绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的目标值 1250Vp、 1250Vp、 1250V。
在用以上的方法制作的电动机定子上,用步骤S709以滴下、涂布、 喷涂或浸渍定子绕组全体的方式实施清漆处理。具体地,在实施例1中, 在真空干燥容器中设置电动机,将炉内真空后,真空注入环氧树脂进行清 漆处理。清漆处理后的电动机绕组从真空炉中取出,在规定的干燥、硬化 流程使其硬化后,从炉中取出。
用步骤S710、 S711及S712,清漆处理后的电动机和上述清漆处理前 的电动机绕组相同,进行部分放电测量,测定各绝缘部的部分放电开始电 压(CSV)。比较测定的部分放电开始电压(CSV)和目标电压的结果, 是满足电动机绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的目标值1250Vp、 1250Vp、 1250V。用步骤S713制作的定子烧嵌在框架上固定后,组合转子,实施既 定的电气、机械、热、转动试验后再出货。
还有,当比较测定的部分开始电压(CSV)和目标电压时,当前者比 后者低时,作为变频驱动电动机不合格,需暂停出货。另外,不合格品实 施再次清漆处理等的追加绝缘处理,再次测定部分放电开始电压(CSV), 对于还不满足特性的产品再次作为制造不良品废弃。如上所述,采用本发 明的电动机绝缘制造、检査方法,可确定适于变频驱动的电动机绝缘设计 及规格。
在以上的绝缘制造、检查方法中,表示了变频驱动电动机的绕组-铁心 间、异相间、绕组匝间的全部的绝缘制造、检査方法。然而,在工频驱动 时,电动机的绕组-铁心间、异相间也要外加比较高的电压。因此,以往关于这些绝缘部的绝缘设计、研究数据很多,即使不进行上述检査,也可认 为存在从既存的实际结果上考虑含有充分的寿命的情况。在这样的情况 下,如图8的例子所示,在变频驱动电动机的制作、检查上,仅进行绕组 匝间的绝缘检查即可。
参照图8,说明检查电动机绕组匝间方法的其他例子。在本例中,图 8表示了以先前的电动机绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的绝缘制造、检
查方法为基础进行考察、写成的流程图。用步骤S801制作以变频驱动用 电动机绝缘候补规格制作的电动机。步骤S802 S819和图6的步骤S602 S619相同。用步骤S619,将部分放电开始电压(CSV)和电动机端急剧 电压变化量AV乘以安全率"后的"AV相比较。当部分放电开始电压 (CSV)比值《 AV大时,用步骤S820出货产品。当部分放电开始电压 (CSV)不比《 AV大时,用步骤S821将产品作为变频驱动电动机,特性 不良不合格,暂停出货。用步骤S822,不合格品再次实施清漆处理等的再 绝缘处理,回到步骤S801。除此以外,用步骤S823检查的制造不良品要 废弃。
图14表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例2。在 实施例1中,图1的实施例1中,将试验用电动机2的非被试验相24连 接在电涌电压发生装置的负极性一定电压输出端子28上。与此相对,在 实施例2中,将非被试验相24连接在电涌电压发生装置1的正极性一定 电压输出端子141上。在电涌电压输出端子142上,输出如图14的右下 方所示的变化于E/2和-E/2之间的对地电涌电压。由于电动机铁心25接 地,对地电涌电压被直接加在被试验相的绕组-铁心间。
图19表示使用实施例2的电动机绕组匝间的部分放电测量装置,使 其发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流 测量波形。绕组-铁心间的电涌电压的上升时间和下降时间为O.lps,电压 为E/2 —定的部分的脉冲宽度为l(His。还有,表示了图的绕组-铁心间电 压,在被试验相的电压外加部分测量的电压波形201和在绕组匝的一部分 测量的电压波形202。在实施例2中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异 相间,加电压时的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻,发生部分放 电;其他时刻不发生部分放电。由此可知,用实施例2的电动机绕组匝间部分放电测量装置,也能正确测定电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示用实施例2的电动机绕组匝间部分放电测量装置进行试验 时,外加在各绝缘部上的电压。在实施例2中,可认为绕组匝间的分担电
压比用要素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间
发生了部分放电。 一方面,可认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要
素模型测定的部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。 由此可看出,用实施例2的电动机绕组匝间部分放电测量装置,在绕组匝 间能够效率很好的正确测定出外加电压时,绕组匝间的部分放电的现象变 得明显。
图15表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例3。在 图1实施例1中,直流电容器12和13的中间17接地。与此相对,在实 施例3中,下臂18及一定电压输出端子152接地。其结果在电涌电压输 出端子151上,输出如图15的右上方所示的变化于0和E之间的对地电 涌电压。由于电动机铁心25接地,对地电涌电压直接加在被试验相的绕 组-铁心间。还有,在实施例3中,从下臂18接地和电涌电压发生装置的 整流电路152上使用二极管整流桥上看,在输入侧连接绝缘变压器及绝缘 变压器及滑动式变压器151。
图19表示了使用实施例3的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使 其发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流 测量波形。在实施例3中,观寮绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻不 发生部分放电。由上可知,用实施例3的电动机绕组匝间部分放电测量装 置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示用实施例3的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例3中,绕组匝间分担电压比要素模型 测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定的部分放 电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知,在绕组匝 间能够效率很好的正确测定出外加电压时,绕组匝间的部分放电的现象变 得明显。图16表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例4。
在图15的实施例3中,下臂18及一定电压输出端子152接地。与此相对, 在实施例4中,上臂16接地,其结果是在电涌电压输出端子161上,输 出如图16的右上方所示的变化于-E和0之间的对地电涌电压。由于电动 机铁心25接地,所以对地电涌电压直接加到被试验相的绕组-铁心间。
图19表示使用实施例4的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例4中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻不 发生部分放电。由上可知,用实施例4的电动机绕组匝间部分放电测量装 置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示用实施例4的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例4中,绕组匝间分担电压比要素模型 测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定的部分放 电开始电压(CSV)的l/2程度,不发生部分放电。由上可知,用实施例 4的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测定出绕组 匝间的部分放电的现象变得明显。
图17表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例5。在 实施例5中,和图15的实施例3相同,下臂18及一定电压输出端子152 接地。因此,在电涌电压输出端子5上,产生和实施例3相同的变化于0 和E之间的对地电涌电压。但在实施例5中,对地在电动机铁心25上加 了 E/2电压的偏置电压。其结果是在被试验相的电动机绕组-铁心间上,外 加了变化于-E/2和E/2之间的对地电涌电压。
图21表示使用实施例5的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例5中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流后,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻 不发生部分放电。由上可知,在实施例5的电动机绕组匝间部分放电测量 装置中,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。图29表示用实施例5的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例5中,认为绕组匝间分担电压比要素
模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部分
放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定的
部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知,用 实施例5的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测定 出绕组匝间的部分放电的现象变得明显。
图18表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例6。在 实施例1 5中,在电容器上蓄电直流,对此进行开关控制输出电涌电压。 但在实施例6中,用整流电路152及直流平滑 过电流检测元件187和电 容器188生成直流,通过电阻186,在同轴电缆182的芯线上充电。电涌 电压是当连接到同轴电缆终端184的IGBT、 MOS-FET、球间隙、晶闸管、 水银继电器等的开关为ON时,在负载电阻185上产生,从电涌电压输出 端子189通过电涌电压波形调整电路4,将此电压加到试验用电动机2上。 其结果如图的右上方所示,在负载电阻185上产生变化于0和E之间的对 地电涌电压。由于电动机铁心25接地,所以对地电涌电压直接加到被试 验相的绕组-铁心间。
还有,在实施例6的电路中,必需在同轴电缆182的负载电阻185上, 使用和同轴电缆182的浪涌电感值相同的电阻,取得电阻匹配。 一方面, 必需在同轴电缆的反负载电阻侧,连接比同轴电缆182的浪涌电感值大的 电阻186。还有,由于输出电涌电压的脉冲宽度,由开关183为ON时的 电涌电压在同轴电缆182中往复的时间来确定,所以调节同轴电缆182的 长度,能够使电涌电压的脉冲宽度变化。另外,同轴电缆182也可用LC 网络电路来代用。
图21表示使用实施例6的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例6中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻不 发生部分放电。由上可看出,用实施例6的电动机绕组匝间部分放电测量 装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。图29表示用实施例6的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例6中,认为绕组匝间的分担电压比要
素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部
分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定
的部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知, 用实施例6的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测 定出绕组匝间的部分放电。
图20表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例7。在 实施例7中,用整流电路152及直流平滑 过电流检测元件2007和电容 器2008生成直流,通过电阻2006,在同轴电缆2002的管套上充电。电涌 电压是当连接到同轴电缆的开关2003为ON时,在负载电阻2005上产生。 从电涌电压输出端子2009通过电涌电压波形调整电路4,将此电压加到试 验用电动机2上。其结果如图右上方所示,在负载电阻2005上产生变化 于O和-E之间的对地电涌电压。由于电动机铁心25接地,所以对地电涌 电压直接加到被试验相的绕组-铁心间。
还有,在实施例7的电路中,必需在同轴电缆2002的负载电阻2005 上,使用和同轴电缆2002的浪涌电感值相同的电阻,取得电阻匹配。一 方面,必需同轴电缆的终端侧2004,开放或连接比同轴电缆2002的浪涌 电感值大的电阻。还有,由于输出电涌电压的脉冲宽度,由开关2003为 ON时的电涌电压在同轴电缆182中往复的时间来确定,所以调节同轴电 缆2002的长度,能够使电涌电压的脉冲宽度变化。另外,同轴电缆2002 也可用LC网络电路来代用。
图21表示使用实施例7的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例7中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流后,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻 不发生部分放电。由上可看出,用实施例7的电动机绕组匝间部分放电测 量装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示用实施例7的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例7中,认为绕组匝间的分担电压比要素模型测定的部分放电幵始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部 分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定 的部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知,
用实施例7的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测
定出绕组匝间的部分放电的现象变得明显。
图22表示本发明的电动机绕组-匝间部分放电测量装置的实施例8。 在实施例8中,和图18的实施例6相比较,在负载电阻185上并联连接 开关221的点不同,除此之外和实施例6相同。
在图18的实施例6及图20的实施例7中,开关183、 2003为ON, 同轴电缆182、 2002上蓄电的电荷流过负载电阻185、 2005时,产生电涌 电压。另外,脉冲宽度由同轴电缆182、 2002的长度决定。另外,电涌电 压的最初电压变化、即实施例6中的电压上升时间、实施例7中的电压下 降时间,由开关183、 2003的ON时间来决定。但电涌电压的以下的电压 变化、即实施例6中的电压下降时间、实施例7中的电压下降时间,会在 开关183、 2003为ON时所产生的电涌在同轴电缆中传播、返回时的电涌 电压波形所左右。也就是说,使用高频传送损失大的同轴电缆、LC电路 时,有可能传播中电涌被缓和,结果使外加到电动机上的电涌电压的以下 的电压变化、即实施例6中的电压下降时间、实施例7中的电压上升时间 变得缓慢。
因此,在实施例8中,在图22所示的电涌电压的下降部分,应使开 关22为ON时,下降时间和上升时间一致。以上的结果如图的右上方所 示,负载电阻185上产生变化于0和E之间的对地电压。由于电动机铁心 25接地,所以对地电涌电压直接加到被试验相的绕组-铁心间。
图25表示使用实施例8的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例8中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻不 发生部分放电。由上可看出,用实施例8的电动机绕组匝间部分放电测量 装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。
图29表示用实施例8的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时,外加在各绝缘部上的电压。在实施例8中,认为绕组匝间的分担电压比要 素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部 分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定
的部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知, 用实施例8的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测
定出绕组匝间的部分放电。
图23表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例9。实 施例9的电动机绕组匝间部分放电测量装置的电涌电压发生电路1,和实 施例1的电涌电压发生电路l相同。因此,在电涌电压输出端子232上, 输出如图23的右上方所示变化于E/2和-E/2之间的对地电涌电压。由于 电动机铁心25接地,所以对地电涌电压直接加到被试验相的绕组-铁心间。 但在实施例1中,与试验用电动机的非被试验相24连接到电涌电压发生 装置1的一定电压输出端子28相对应,在实施例9中试验用电动机2的 非被试验相24为浮动电位。
图25表示使用实施例9的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例9中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻不 发生部分放电。由上可看出,用实施例9的电动机绕组匝间部分放电测量 装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。还有,在实施例9中, 通过出口引线的电容性耦合,在被试验相中电涌电压的一部分传播,因此 异相间电压的峰值电压与2E相比变小。
图31表示用实施例9的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例9中,认为绕组匝间的分担电压比要 素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部 分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测定 的部分放电开始电压(CSV)的1/2程度,不发生部分放电。由上可知, 用实施例9的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确测 定出绕组匝间外加电压时,绕组匝间的部分放电。
图24表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例10。实施例10的电动机绕组匝间部分放电测量装置的电涌电压发生电路1,和 实施例1的电涌电压发生电路1相同。因此,在电涌电压输出端子232上,
输出如图24的右上方所示变化于-E/2和E/2之间的对地电涌电压。另夕卜, 由于电动机铁心25接地,所以对地电涌电压直接加到被试验相的绕组-铁 心间。但在实施例1中,与试验用电动机2的非被试验相24连接到电涌 电压发生装置1的一定电压输出端子28相对,在实施例10中试验用电动 机2的非被试验相24电阻接地。。
图25表示使用实施例10的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其 发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测 量波形。在实施例10中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压 时的部分放电电流,在绕组匝间外加电压时刻发生部分放电,在其他时刻 不发生部分放电。由上可看出,用实施例10的电动机绕组匝间部分放电 测量装置,能够正确测量出电动机绕组匝间的部分放电。还有,在实施例 10中,通过出口引线的电容性耦合,在被试验相中电涌电压的一部分会传 播,因此异相间电压的峰值电压与2E相比变小。
图31表示用实施例10的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例10中,认为绕组匝间的分担电压比 要素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生 部分放电。 一方面,认为绕组-铁心间、异相间的分担电压是用要素模型测 定的部分放电开始电压(CSV)的l/2程度,不发生部分放电。由上可知, 用实施例10的电动机绕组匝间部分放电测量装置,能够效率很好的正确 测定出绕组匝间外加电压时,绕组匝间的部分放电的现象变得明显。
图26表示本发明的电动机绕组匝间部分放电测量装置的实施例11。 实施例11的电动机绕组匝间部分放电测量和后述的比较例1相同,使用 以往的电涌绕组试验装置。但在实施例11中,与以往的试验方法不同, 被试验电动机的铁心接地。具体地,实施例11的电动机绕组匝间部分放 电测量装置的电涌电压发生电路,用绝缘变压器、滑动式变压器281调节 电压,用整流电路282及直流平滑*过电流检测元件262、 263和电容器 264、 265生成直流,从电阻266及267通过负载电阻272对电容器270 及271充电。另外,通过开关268和269交互为ON,在负载电阻272及电涌电压输出端子275上,如右图所示,双极性的电涌电压波形会作为对
地电涌电压出现。另外,由于电动机铁心25接地,所以对地电涌电压直
接加到被试验相的绕组-铁心间。还有,开关可使用例如球间隙、闸流管、
晶闸管、GTO、 IGBT、 MOS-FET、水银继电器等。
图2表示使用实施例11的电动机绕组匝间部分放电测量装置,使其发 生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电流测量 波形。在实施例ll中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电压时 的部分放电电流,不仅仅是在绕组匝间外加电压的时刻,在电涌电压的缓 慢衰减部也可发生部分放电206、 207。另外,和实施例1 10相同,要想 把大电压分担在绕组匝间,必须在绕组-铁心间及异相间,外加2倍大小的 电压。由此可知,用实施例11的电动机绕组匝间部分放电测量装置,在 电动机绕组匝间的部分放电以外,绕组-铁心间、异相间也会发生部分放电, 不能正确测定出绕组匝间的部分放电。还有,绕组-铁心间电压的场合,电 压波形线203表示在电动机被试验相的出口侧外加电涌电压时的出口部分 的绕组-铁心间电压,电压波形线204表示用绕组匝的一部分测量的绕组-铁心间电压。
图30表示用实施例11的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在实施例11中,认为绕组匝间的分担电压比 要素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生 部分放电。但绕组-铁心间的分担电压也比用要素模型测定的部分放电开始 电压(CSV)高,在电动机绕组-铁心间也会发生部分放电。由上可知,用 实施例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置,由于不仅仅在绕组匝间、 绕组-铁心间也发生部分放电,所以不能正确测定绕组匝间的部分放电。即 在实施例11中,在异相间分担电压比用要素模型测定的部分放电开始电 压(CSV)低,和用后述的以往的方法试验的比较例1不同,在异相间不 发生部分放电。由此可知,与试验用电动机相比,在绕组-铁心间的绝缘厚 度厚的电动机上,能够测量出绕组匝间的部分放电。
图27表示比较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置。在比较例1 中,以以往的电涌电压和电动机绕组匝间部分放电测量法为基准,进行电 动机绕组匝间的部分放电测量。比较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置的电涌电压发生电路和实施例11相同。因此,在负载电阻272及电
涌电压输出端子275上,如图的右上方所示那样,双极性的电涌电压波形
作为对地电涌电压出现。即在比较例l中,和众所周知例子相同,根据以
往的电涌电压电动机绕组匝间部分放电测量法,电动机铁心25不接地。 因此,电动机铁心25变为浮动电位,通过电动机绕组和周围的杂散电容, 每次测定的电动机铁心25的电位及绕组-铁心间的电压变化。
图2表示使用比较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 使其发生部分放电时的绕组匝间、绕组-铁心间、异相间电压、部分放电电 流测量波形。在比较例1中,观察在绕组匝间、绕组-铁心间、异相间加电 压时的部分放电电流,不仅仅是在绕组匝间外加电压的时刻,在电涌电压 的缓慢衰减部也可发生部分放电。另外,在比较例1中,在实施例11的 部分放电之外,也能再次观测到很大的部分放电208。还有,在比较例1 的电动机绕组匝间部分放电测量中,和实施例1 10相同,要想把大电压 分担在绕组匝间,必须在绕组-铁心间外加2倍、异相间外加3倍大小的电 压。由此可知,用比较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置,在电动 机绕组匝间的部分放电以外,绕组-铁心间、异相间也会发生部分放电,不 能正确测定出绕组匝间的部分放电。
图30表示用比较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置试验时, 外加在各绝缘部上的电压。在比较例1中,认为绕组匝间的分担电压比要 素模型测定的部分放电开始电压(CSV)高,在电动机绕组匝间会发生部 分放电。但绕组-铁心间的分担电压也比用要素模型测定的部分放电开始电 压(CSV)高,在电动机绕组-铁心间也会发生部分放电。由上可知,用比 较例1的电动机绕组匝间部分放电测量装置,由于不仅仅在绕组匝间、在 绕组-铁心间、异相间也会发生部分放电,所以不能正确测定绕组匝间的部 分放电。尤其在以往的电动机绕组匝间部分放电测量法的比较例1中,加 在异相间的电压约为用要素模型测定的部分放电开始电压(CSV)的1.5 倍。这表明在以往的比较例1的方法试验的场合,例如要想测定电动机 绕组匝间的部分放电开始电压(CSV)时,从OV升压电压,比起绕组匝 间先在异相间发生部分放电。由此可知,由此可知,用以往的电涌电压的 电动机绕组匝间部分放电测量方法,不能正确测定电动机绕组匝间的部分放电。
以上虽然说明了本发明的例子,但本发明不仅仅限定于上述的例子。 本行业技术人员应理解在专利请求范围内记录的发明的范围,可进行各种 变更。
权利要求
1. 一种变频驱动电动机绝缘设计方法,其特征在于,具备基于变频器规格、变频驱动时的电动机端电压波形、及电动机绕组匝间的电压分布,选出绝缘材料候补的步骤;制作电动机绕组的绝缘部的模型试样的步骤;使用该模型试样,测定部分放电开始电压的步骤;以该部分放电开始电压为基础,确定电动机绝缘规格候补,并制作电动机试样的步骤;使用该电动机试样,测定绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电压,该测定值分别要比变频驱动时的电动机绕组-铁心间的峰值电压、异相间的峰值电压、绕组-铁心间的急剧电压变化量乘以安全率之后的值大那样,作为电动机绝缘设计规格的步骤。
2、 一种变频驱动电动机的制造方法,其特征在于,具备在清漆处理前后的任一当中,要测定绕组-铁心间、异相间、绕 组匝间的部分放电开始电压的步骤;只有该测定值分别比变频驱动时的电 动机绕组-铁心间的峰值电压、异相间的峰值电压、绕组-铁心间的急剧电 压变化量乘以安全率之后的任何一个值都大的产品为合格品。
全文摘要
本发明涉及变频驱动电动机绝缘设计方法和变频驱动电动机的制造方法。本发明的变频驱动电动机绝缘设计方法具备基于变频器规格、变频驱动时的电动机端电压波形、及电动机绕组匝间的电压分布,选出绝缘材料候补的步骤;制作电动机绕组的绝缘部的模型试样的步骤;使用该模型试样,测定部分放电开始电压的步骤;以该部分放电开始电压为基础,确定电动机绝缘规格候补,并制作电动机试样的步骤;使用该电动机试样,测定绕组-铁心间、异相间、绕组匝间的部分放电开始电压,该测定值分别要比变频驱动时的电动机绕组-铁心间的峰值电压、异相间的峰值电压、绕组-铁心间的急剧电压变化量乘以安全率之后的值那样大,作为电动机绝缘设计规格的步骤。
文档编号G01R31/12GK101286675SQ20081010795
公开日2008年10月15日 申请日期2005年7月27日 优先权日2004年7月28日
发明者下薗忠弘, 小俣刚, 尾畑功治, 福士庆滋, 齐藤宏一郎 申请人:株式会社日立产机系统
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