變頻調速同步電動機絕緣結構的設計

變頻調速同步電動機的供電電源是變頻調速裝置，其輸出電壓或電流中均含有高次諧波，與傳統的工頻供電電源電壓的正弦波具有極大的區別。而變頻調速裝置輸出電壓的高幅值高頻諧波分量，在電動機的氣隙中所產生的旋轉磁場將在高壓繞組中感應電流，故產生脈動轉矩而引起機械軸系的扭振。
 
變頻調速裝置在其換流時產生的沖擊電壓會疊加在電動機運行的電壓上，這樣的電壓峰值對電動機的主絕緣結構，特別是對三相引接線的相端繞組線圈（三相引接線第一個繞組線圈）的匝間絕緣結構形成極大的威脅和破壞。
 
另外，由于變頻調速裝置的電源可以使電動機在低頻轉速下起動，同時又可以做到頻繁起動，這樣的情況下就使電動機經常處于循環交變應力作用下，而使電動機絕緣產生疲勞而加速老化。今天Ms.參與大家對同步電動機絕緣結構的設計，做特殊的補充要求：
 
1匝間絕緣結構的設計
現代電機產品設計最突出的問題，是加強電機繞組線圈的匝間絕緣結構的設計。匝間絕緣常以電磁線的絕緣作為匝間絕緣，它緊靠著線圈的導體電磁銅線，處在最熱的嚴酷條件下。傳統設計采用滌綸玻璃絲單層或雙層云母繞包電磁扁銅線。從目前國外高壓、大功率變頻調速無刷勵磁同步電動機絕緣體系的絕緣規范，均采用雙玻璃絲聚酯亞胺漆包電磁銅線。實踐檢驗證明聚酯亞胺漆包的漆膜強度和耐熱老化性能非常優良。目前我國同類產品設計是選用國產電磁線，其匝間絕緣結構為F級絕緣、單玻璃絲繞包雙層聚酰亞胺薄膜繞包結構，其雙面絕緣厚度為0.40mm。檢驗證明，這是結構合理而性能優良的技術關鍵和工藝保證。
 
2主絕緣結構設計的關鍵
現代高壓、大功率變頻調速同步電動機主絕緣結構設計的關鍵，是獲得密實的無氣隙的耐電、耐熱性能好的主絕緣結構。因為電動機在運行時或變頻調速中的過電壓下，施加在定子繞組上的交變電場會引發絕緣內氣隙的游離放電、電腐蝕絕緣，而導致絕緣喪失耐電、耐熱性能。特別是變頻調速過程中電機定子繞組要承受調速的各種機械力和電磁沖擊、振蕩都要增大。必將導致繞組的受力變形、絕緣磨損和損傷。因此高壓、大功率調速同步電動機主絕緣結構設計不僅要具有優良的耐電、耐熱的電氣性能，還要具有良好的機械性能。
目前國內外高壓、大功率變頻調速同步電動機主絕緣結構設計的關鍵是獲得密實的無氣隙的高機械強度的主絕緣，均采用多膠云母箱或帶作主絕緣并防電暈處理的一次模壓成形線圈的絕緣結構，并嵌線后再經真空整體浸漆(VPI）的絕緣干燥處理工藝。在我國高壓、大功率變頻調速同步電動機主絕緣結構設計，選用了F級模壓定子線圈，采用桐油酸酐粉云母多膠箱或帶作主絕緣并采用超薄型防暈帶進行防電暈處理的一次模壓成形絕緣結構和真空整體浸漬（VPI）絕緣處理。
高壓定子線圈的擊穿電壓是線圈絕緣最重要的參數之一，它反映絕緣的強度。通常要求線圈擊穿電壓應有相當于電動機額定電壓的7倍的裕度，而其試驗的電場強度應不低于20MV/mm。
3繞組端部的固定
高壓、大功率變頻調速同步電動機結構設計和絕緣結構設計應特別注意高壓定子繞組端部的固定。因為變頻調速裝置供電對電動機絕緣所承受的電應力因素是多方面的。其中最突出的是反映在高壓繞組的端部，由于定子電流所產生的沖擊機械力與其電流平方成正比，變頻諧波分量電流所產生的應力將在端部激發一個兩倍于載波頻率的徑向或切向振動，從而產生繞組線圈端部位移竄動、絕緣磨損、引接線頭部斷裂或開焊等并發事故。
所以電動機的端部的固定方式，均在傳統結構上增加上、下線圈間和底槽外繞組端部以及鼻端孔內增設軟端箍，極大地增強了繞組線圈端部，承受機械應力、電應力和諧振沖擊的強度。
4轉子絕緣結構設計
高壓、大功率變頻調速同步電動機的轉子絕緣結構設計的關鍵部位，是磁極線圈的距間絕緣。高壓、大功率變頻調速同步電動機設計結構多為凸極式轉子結構，凸極的磁極線固設計選用矩形銅排扁繞成形并繞制具有散熱匝式線圈，而且銅排薄而寬。
 
磁極線圈是旋轉組件，其承受離心作用的壓應力很高，因此這是電動機隱患的多發部位，這就給匝間絕緣提出一些特殊要求。磁極線圈的對地絕緣設計上采用將對地絕緣直接壓制在磁極線圈內側的新型絕緣結構，即俗稱磁極線圈匝絕緣與對地絕緣一體化熱模壓成形絕緣結構。磁極線圈與磁極裝配間隙，須填充中溫固化的預浸環氧膠滌綸氈。