变频器驱动电机时，在电机端子加上一个脉宽调制（PWM）电压波形，从而在其端子上形成一个近似的正弦波形。以往很少研究过这种电压波形和电压值对电动机的影响。假如变频器会降低电机寿命，则因使用变频器使运行成本降低带来的效益就成了疑问。
在变频器最初引入工业应用时，因电流脉冲通过轴承而发生了一系列过早的损坏，某些电动机只运行了1～2年就失效。为此，采取了一系列的措施，有效地解决了问题。要想全面评定由变频器产生的电压脉冲对电动机的影响，现在还为时太早。虽然变频器并没影响电机绝缘的短期性能，但它们却显着地降低了电机的寿命。事实上，用重复频率为10kHz的脉冲来运行电机，将使其绝缘每天经受800兆次的脉冲，而一年则为3000亿次，这种状况与用60Hz的交流波驱动电动机的状况是很不一样的。
同时，各个脉冲的上升时间通常为微秒级，使用MOSFET变频器时其脉冲更可达0.1微秒。由于电机定子线圈的电感特性，其电压在一相中的快速上冲并非如它在60Hz交流电压下那样均匀分布，而每相的头几匝所受的应力大于线圈的其它匝。对于1微秒或更短的上升时间，在电动机端子上出现的电压的80%将集中在头两匝上。
通常，任意缠绕的600V电动机匝绝缘必须承受由电压脉冲产生的大部分电应力。
在60Hz交流运行下的传统电机，匝绝缘上的典型电压为几伏，最大为几十伏，产生的电应力为200V/cm.相反，同样额定电压的由变频器驱动的电机，在头两匝间的瞬时电压可高达950V，由此而产生的匝间电应力达83kV/cm.如此高的场强可引起严重老化并大大缩短电机寿命。
这样的老化机理是局部放电蚀损及由电荷反复注入到绝缘内部引起的机械损伤。还没有好的快速老化试验研究可外推出脉冲运行下的预期寿命。有一些工作报告提出局放的存在和它们的有害效应，但这并不表明在局部放电电压以下的脉冲是无害的。本文提出了另外一个机理：当电机在电压脉冲条件下运行的电荷注入，电荷捕获，和电荷释放所引起的匝绝缘的损害。
1.模拟匝绝缘的电应力由于dv/dt大，当额定电压为575V时，在其线圈的头两匝间的电压可达950V.匝间的瞬时电压将随电压分布而降低，直至最终达到电路的松弛时间特性后可忽略。在图1中的匝间振荡（时间为6.8s）将被衰减。对一个多匝绕组线圈电压分布的测试，显示了：出现在各匝间的由低压浪涌引起的脉冲会产生一个起始电压快速增长，紧跟着持续1～2s的衰减振荡信号。匝间电压脉冲可比在电动机导线上的单个脉冲短10～20s.
我们设计一个实验室电力电子线路来提供试样所需的脉冲特性。将此线路调到上升时间为0.12s，设定线路上的输入电压为600V.变频器与试样间的电缆长度为15m.
引起的匝间电压过冲达920V.脉冲宽度约为2.
5s.重复率设定为10kHz.这些脉冲特性与市场上变频器的最严酷条件相当。
2.试样和试验
要想测定整台电机绝缘的介电变化是很困难的，因此对小试样进行试验。事实上如果发生变化，主要是在一相绕组中的最先几匝或最后一匝。电介质诊断如tan或电容测定表示了整个绕组的响应。为了增加电介质变化的灵敏度，我们将试验限制到4个试样，代表一相绕组的头两匝，试样。
3.介电测试
用通用无线电桥测量介质损耗（tan）和电容，测量是在10Hz～1kHz之间进行的，使用2.5V电压，这些条件与标准交流匝间电压的范围相同。
40 2000年绝缘材料通讯第5期张弛电流和电压是用下述方法测定的：100s内对4个试样分别施加50V直流阶跃电压，跟着短路试样2s，然后开路试样导线，在3600s内测反转电压。在极化期间的0.5～100s之间测试吸收电流，此外在1～2s间测定短路电流，所有测试都用KEITHLEY 327型进行。
用三段程序测试TSC特性，表示了1～3段试验所用的温度和电压。在1b）和3b）段可以监测到去极化电流，而在2b）段可监测到极化电流（Ipol）。去极化电流通常由局部电荷的释放引起，它使绝缘回到一个平衡状态。这个在1b）中测得的电流可能来自老化过程中注入的电荷。在2b）段注满空陷井，便测得极化电流。在3b）中，去极化电流是由释放2b）时所注入而在3a）段冻结在结构中的电荷而形成的。绝缘老化将影响电子陷井的数量和深度，后者将在测得的电流中反映出来。
本文关键字：电动机 变频器基础，变频技术 - 变频器基础
