变频调速同步电动机绝缘结构的设计

变频调速同步电动机的供电电源是变频调速装置，其输出电压或电流中均含有高次谐波，与传统的工频供电电源电压的正弦波具有极大的区别。而变频调速装置输出电压的高幅值高频谐波分量，在电动机的气隙中所产生的旋转磁场将在高压绕组中感应电流，故产生脉动转矩而引起机械轴系的扭振。
 
变频调速装置在其换流时产生的冲击电压会叠加在电动机运行的电压上，这样的电压峰值对电动机的主绝缘结构，特别是对三相引接线的相端绕组线圈（三相引接线第一个绕组线圈）的匝间绝缘结构形成极大的威胁和破坏。
 
另外，由于变频调速装置的电源可以使电动机在低频转速下起动，同时又可以做到频繁起动，这样的情况下就使电动机经常处于循环交变应力作用下，而使电动机绝缘产生疲劳而加速老化。今天Ms.参与大家对同步电动机绝缘结构的设计，做特殊的补充要求：
 
1匝间绝缘结构的设计
现代电机产品设计最突出的问题，是加强电机绕组线圈的匝间绝缘结构的设计。匝间绝缘常以电磁线的绝缘作为匝间绝缘，它紧靠着线圈的导体电磁铜线，处在最热的严酷条件下。传统设计采用涤纶玻璃丝单层或双层云母绕包电磁扁铜线。从目前国外高压、大功率变频调速无刷励磁同步电动机绝缘体系的绝缘规范，均采用双玻璃丝聚酯亚胺漆包电磁铜线。实践检验证明聚酯亚胺漆包的漆膜强度和耐热老化性能非常优良。目前我国同类产品设计是选用国产电磁线，其匝间绝缘结构为F级绝缘、单玻璃丝绕包双层聚酰亚胺薄膜绕包结构，其双面绝缘厚度为0.40mm。检验证明，这是结构合理而性能优良的技术关键和工艺保证。
 
2主绝缘结构设计的关键
现代高压、大功率变频调速同步电动机主绝缘结构设计的关键，是获得密实的无气隙的耐电、耐热性能好的主绝缘结构。因为电动机在运行时或变频调速中的过电压下，施加在定子绕组上的交变电场会引发绝缘内气隙的游离放电、电腐蚀绝缘，而导致绝缘丧失耐电、耐热性能。特别是变频调速过程中电机定子绕组要承受调速的各种机械力和电磁冲击、振荡都要增大。必将导致绕组的受力变形、绝缘磨损和损伤。因此高压、大功率调速同步电动机主绝缘结构设计不仅要具有优良的耐电、耐热的电气性能，还要具有良好的机械性能。
目前国内外高压、大功率变频调速同步电动机主绝缘结构设计的关键是获得密实的无气隙的高机械强度的主绝缘，均采用多胶云母箱或带作主绝缘并防电晕处理的一次模压成形线圈的绝缘结构，并嵌线后再经真空整体浸漆(VPI）的绝缘干燥处理工艺。在我国高压、大功率变频调速同步电动机主绝缘结构设计，选用了F级模压定子线圈，采用桐油酸酐粉云母多胶箱或带作主绝缘并采用超薄型防晕带进行防电晕处理的一次模压成形绝缘结构和真空整体浸渍（VPI）绝缘处理。
高压定子线圈的击穿电压是线圈绝缘最重要的参数之一，它反映绝缘的强度。通常要求线圈击穿电压应有相当于电动机额定电压的7倍的裕度，而其试验的电场强度应不低于20MV/mm。
3绕组端部的固定
高压、大功率变频调速同步电动机结构设计和绝缘结构设计应特别注意高压定子绕组端部的固定。因为变频调速装置供电对电动机绝缘所承受的电应力因素是多方面的。其中最突出的是反映在高压绕组的端部，由于定子电流所产生的冲击机械力与其电流平方成正比，变频谐波分量电流所产生的应力将在端部激发一个两倍于载波频率的径向或切向振动，从而产生绕组线圈端部位移窜动、绝缘磨损、引接线头部断裂或开焊等并发事故。
所以电动机的端部的固定方式，均在传统结构上增加上、下线圈间和底槽外绕组端部以及鼻端孔内增设软端箍，极大地增强了绕组线圈端部，承受机械应力、电应力和谐振冲击的强度。
4转子绝缘结构设计
高压、大功率变频调速同步电动机的转子绝缘结构设计的关键部位，是磁极线圈的距间绝缘。高压、大功率变频调速同步电动机设计结构多为凸极式转子结构，凸极的磁极线固设计选用矩形铜排扁绕成形并绕制具有散热匝式线圈，而且铜排薄而宽。
 
磁极线圈是旋转组件，其承受离心作用的压应力很高，因此这是电动机隐患的多发部位，这就给匝间绝缘提出一些特殊要求。磁极线圈的对地绝缘设计上采用将对地绝缘直接压制在磁极线圈内侧的新型绝缘结构，即俗称磁极线圈匝绝缘与对地绝缘一体化热模压成形绝缘结构。磁极线圈与磁极装配间隙，须填充中温固化的预浸环氧胶涤纶毡。