匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目的釋義及正確使用解析

1、正確使用電機(jī)檢測(cè)中匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目1 概述 近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)電機(jī)生產(chǎn)和檢測(cè)中，匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目越來(lái)越受到廣泛重視。在 80 年代和 90 年 代初，各廠家和試驗(yàn)室所用匝間絕緣測(cè)試儀均用目測(cè)波形差異測(cè)試法，且匝間絕緣項(xiàng)目測(cè)試僅用于交 流電機(jī)定子繞組的測(cè)試。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的提高和普及，匝間絕緣測(cè)試方法也從目測(cè)發(fā)展為用計(jì)算機(jī) 進(jìn)行分析和判斷。脈沖沖擊電路從閘流管發(fā)展到高壓可控硅電路，電路穩(wěn)定、可靠，不需預(yù)熱，壽命 長(zhǎng)。在 90 年代中期以后，國(guó)內(nèi)匝間絕緣測(cè)試技術(shù)已發(fā)展到一個(gè)新水平。2 匝間絕緣檢測(cè)機(jī)理匝間絕緣測(cè)試機(jī)理為用一個(gè)高壓窄脈沖（根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)脈沖上升沿為1.2卩s、0.5卩s兩種）加于被測(cè)繞組兩

2、端，此脈沖能量在繞組與匹配電容之間產(chǎn)生一個(gè)并聯(lián)自激振蕩，由于繞組直流電阻的存在， 此諧振為一衰減波并較快趨近于零，分析被測(cè)繞組振蕩波形與標(biāo)準(zhǔn)繞組振蕩波形之差異，即可判斷被 測(cè)繞組的優(yōu)劣，判斷其是否存在匝間短路或匝間絕緣不良問(wèn)題。傳統(tǒng)的匝間絕緣判斷方法是將標(biāo)準(zhǔn)繞組和被測(cè)繞組兩振蕩波加于雙線示波器上，用肉眼觀察兩波 形的幅值和頻率的差異，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷被測(cè)繞組是否合格，這種方法的根本缺點(diǎn)是判斷主觀隨意性， 沒(méi)有量化指標(biāo)考核，這種方法也經(jīng)常引起制造者與檢驗(yàn)人之間的分歧與矛盾。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，匝間絕緣測(cè)試方法已大有改進(jìn)，用一個(gè)高速A/D 系統(tǒng)將繞組的脈沖電壓沖擊的衰減自激振蕩波模擬信號(hào)進(jìn)行

3、數(shù)字化處理，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較和計(jì) 算，并由計(jì)算機(jī)對(duì)各參量的變化進(jìn)行判斷。波形判斷的參量，目前國(guó)內(nèi)和國(guó)際上有很多形式，如利用被測(cè)繞組振蕩波與X 軸的面積和標(biāo)準(zhǔn)繞組振蕩波與 X 軸的面積之差的百分?jǐn)?shù)法、兩個(gè)波的頻率差的百分?jǐn)?shù)法、用兩個(gè)波面積差的百分?jǐn)?shù)法、 電暈放電法、電橋不平衡法等。目前國(guó)內(nèi)使用較普遍的是面積差百分?jǐn)?shù)法和頻率差百分?jǐn)?shù)法。正確選擇各檢測(cè)參數(shù)，才能保證檢測(cè)準(zhǔn)確性，現(xiàn)以目前國(guó)內(nèi)某公司的定子綜合測(cè)試臺(tái)中匝間絕緣 項(xiàng)目測(cè)試為例進(jìn)一步闡述檢測(cè)機(jī)理與方法。匝間絕緣測(cè)試電路如圖 1：fl. 4圖1匝間絕緣測(cè)試電路L和Rl為繞組的電感和直流電阻， C為測(cè)試臺(tái)匹配電容， Ri和F2為

4、取樣分壓電阻，R+ F2較大，達(dá) 10MQ以上，對(duì)振蕩回路不產(chǎn)生影響。當(dāng) a-b端加一個(gè)高壓脈沖信號(hào)，則在回路內(nèi)產(chǎn)生衰減自激振蕩， 其振蕩頻率：叫=1/ /LC V1 CR/L 1/ /LC _ 皿Q 1 /IZ JLjC此處振蕩回路Q值此處o必為實(shí)數(shù)即（i-cr"l/l）>0/l/c>rl則起振條件為：當(dāng)回路Q值很高（Rl很小或3 L R_）1-1/Q 2=13 = 1/ V LC九=1/2穴 /LC典型的匝間沖擊振蕩波形如圖 2所示。圖2匝間沖擊振蕩波形2回路等效阻抗Zo= L/ R_C= p /Rl其中：p特性阻抗?；芈废墓β蔖O=U/Z o+pFe=RLCU/L

5、+p Fe=RU/ p SpFe式中：P Fe單位時(shí)間鐵損。自激振蕩每一周期能量損耗： W0=PoT+pFeT=R.L2T/ p 2+pFeT式中：T一個(gè)振蕩周期時(shí)間。從上式可知Rl、L都會(huì)影響f和 W0的變化。而L對(duì)f的影響較大，R.對(duì) W較大，亦即波形面 積影響較明顯。某些場(chǎng)合鐵損占主導(dǎo)作用，使振蕩波很少甚至無(wú)法振蕩。由標(biāo)準(zhǔn)繞組建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波形，而若被測(cè)繞組存在匝間短路，被測(cè)繞組除由于圈數(shù)減少而引起L和Rl變化外，更主要的由于短路圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)將產(chǎn)生一個(gè)大的感生電流，造成繞組內(nèi)能量損耗，波 形衰減加快，其波形面積與標(biāo)準(zhǔn)繞組波形面積差 S加大則 S/S加大。即測(cè)試儀上 dS增加，從而判別其匝

6、間短路的存在。被測(cè)繞組短路匝數(shù)越多，能量損耗越大，dS亦越大，越能判別其短路狀態(tài)。一般電機(jī)短路一匝，其 dS達(dá)到8以上。若被測(cè)繞組僅一匝間短路，造成的L和RL變化很小，因此頻率變化不明顯。同一品種電機(jī)，由于硅鋼板牌號(hào)變更，或由于疊片松緊差異較大，或繞組浸漆前后，扎線與整形前后，繞組在定子鐵芯槽內(nèi)排列不一致都會(huì)引起L的不一致，從而使振蕩波形的S和f產(chǎn)生差異。從這里我們知道在做產(chǎn)品匝間絕緣試驗(yàn)時(shí)被測(cè)產(chǎn)品的狀態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的狀態(tài)一定要一致，避免引 起不必要的誤差。3 正確選擇各檢測(cè)參數(shù)該定子綜合測(cè)試臺(tái)匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目中用戶需選擇四個(gè)參數(shù)，參數(shù)選擇的正確與否， 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)產(chǎn)生不小的影

7、響。3.1 峰值電壓測(cè)試臺(tái)峰值電壓范圍在 5003000V之間，由數(shù)字式電壓表顯示。峰值電壓選擇的依據(jù)為電機(jī)繞組 由漆包線的漆膜絕緣性能，電機(jī)浸漆絕緣性能和制造工藝、操作水平?jīng)Q定。一般E級(jí)或B級(jí)絕緣的電機(jī)可選用10001500V,稍高的不超過(guò) 1800V,如空調(diào)電機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)或一般三相電機(jī)。F級(jí)或H級(jí)絕緣的電機(jī)可選用 18002500V,選用復(fù)合漆包線的電機(jī)也有選3000V峰值電壓的，例如空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)等。對(duì)于直流電機(jī)電樞的匝間測(cè)試，目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，按慣例低壓直流電機(jī)電樞匝間測(cè)試可選脈沖峰值 300500V,高壓直流電機(jī)可選 10001800V。繞組總?cè)?shù)多的，峰值電壓可選高一些，總匝數(shù)

8、少的，可選峰值電壓低一些。峰值電壓由峰值保 持電路和數(shù)顯表指示實(shí)際值。因此只有在峰值脈沖發(fā)生那一瞬間才有顯示，顯示時(shí)間很短，操作者要 注意觀察。指針表指示的為高壓端交流電壓值，但已折算到脈沖峰值，在特定負(fù)載下與數(shù)顯表指示一 致，可以作為調(diào)整峰值電壓時(shí)參考用。3.2 閥值 dS即被測(cè)電機(jī)繞組振蕩波形與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)振蕩波形面積差的百分?jǐn)?shù)，dS=A S/SX 100%,其閥值大小由被測(cè)繞組和標(biāo)準(zhǔn)繞組的電阻差異、電感量差異和匝間短路等諸多因素決定。由前面公式知道，諧振回22路的等效阻抗Zo=p / RL而p = L / C,因此，RL和L的變化都影響損耗 po的大小，使 A S、dS加大。由公式還可知，P

9、0與Rl成正比而與L成反比，但這里 dS取絕對(duì)值，與 A S的正負(fù)無(wú)關(guān)。從公式還可知損耗還與峰值 U成正比，要求測(cè)試電源穩(wěn)定，否則電源波動(dòng)對(duì)dS影響較大。從前面檢測(cè)原理可知，影響 dS的最大因素還是匝間短路的發(fā)生，匝間短路使能量損耗迅速加大， 波形衰減加快，dS增大。我們做過(guò)一次試驗(yàn),用某電機(jī)繞組先在測(cè)試臺(tái)上建立標(biāo)準(zhǔn)波形。然后用相同導(dǎo)線在相應(yīng)槽內(nèi)造成dS 大,短路一圈，其dS=8%- 10% dS的大小視電機(jī)繞組總匝數(shù)和導(dǎo)線粗細(xì)不同而不同，大功率電機(jī) 小電機(jī)dS小。而繞組電阻 Rl對(duì)dS的變化如下表:電阻變化5%10%16%25%28%33%85%170%dS(%)1.02.84.57.310

10、.611.616.731.2這里要說(shuō)明，以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)只對(duì)特定電機(jī)有效，因此數(shù)據(jù)只能說(shuō)明參數(shù)變化規(guī)律，并不能代表每種 電機(jī)參數(shù)變化的絕對(duì)值。3.3 閥值df被測(cè)繞組自激振蕩頻率與標(biāo)準(zhǔn)繞組自激振蕩頻率差df= f/f)xi00%，影響df的主要因素是L,當(dāng)Q值較小時(shí)Rl變化才會(huì)影響頻率變化。影響L的因素有繞組總匝數(shù)、匝數(shù)分布、繞組的松緊、整形形狀、鐵芯材料變化、浸漆前后等等。匝間短路數(shù)較小時(shí)，Af變化不明顯，只有當(dāng)短路匝數(shù)較多，影響到 L變化，才會(huì)使 Af增大。當(dāng)測(cè)試儀接上參數(shù)穩(wěn)壓電源電壓穩(wěn)定在1 %以內(nèi)時(shí)，df重覆蓋精度0.5%, ds重覆蓋精度1 %。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)繞組自激振蕩波形建立以后，被測(cè)繞組

11、波形與標(biāo)準(zhǔn)波形比較，其dS和df影響因素大致三類： 由于制造工藝，材料等影響使df有1%2%的變化，dS有25%的變化，這一變化并非由匝間短路引起，應(yīng)予分開。 測(cè)試儀受溫度、電源變化等影響，出現(xiàn)的重復(fù)精度誤差dS為0.5%1%, df為0.5%1 %。 匝間短路，電暈放電等，一匝短路，多匝短路或?qū)娱g短路，將引起dS8%15%的變化或更大。如何將1、2兩項(xiàng)因素對(duì)dS、df的影響與第三項(xiàng)因素對(duì) dS、df的影響分開，這是確定閥值大小的目 的。具體操作有以下幾種方法：(a) 先將dS和df均設(shè)定為15%，測(cè)某種電機(jī)100200臺(tái)，從計(jì)算機(jī) 顯示數(shù)據(jù)庫(kù)”調(diào)出測(cè)試數(shù)據(jù)， 觀察dS和df范圍，按90%95

12、%的電機(jī)的dS和df值，加大1%2%定閥值。(b) 故意造成繞組短路一匝或二匝，測(cè)量其dS和df值，然后比檢測(cè)值低 1%2%定閥值。(c) 各工廠質(zhì)量控制部門根據(jù)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，定出一個(gè)合適的閥值?？傊y值設(shè)定沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)電機(jī)類型和生產(chǎn)工藝來(lái)確定。機(jī)器繞線和嵌線的定子，df可放于2%3%,dS可放于4%5%，而手工繞嵌的定子或材料不穩(wěn)定的定子，df可放于3%4%, dS可放于8%10%左右。3.4 周期 T 的選定在測(cè)試臺(tái)的閥值設(shè)定的匝間測(cè)試項(xiàng)目里， 最后一項(xiàng)是 T，T 為被測(cè)繞組和標(biāo)準(zhǔn)組兩波形比較的周期數(shù)。 可視總的振蕩周期數(shù)來(lái)定，一般選取 13即可，選少了不會(huì)影響測(cè)試精度

13、。這里還需說(shuō)明一點(diǎn)，測(cè)試臺(tái) 為提高檢測(cè)靈敏度，比較的波形是從第二個(gè)波開始的，也就是避開了原始脈沖波，從真正開始自激振蕩 的波開始比較。實(shí)踐證明，這一措施極大地提高了檢測(cè)靈敏度， 使本設(shè)備匝間短路 1%。匝能較方便分辨出 來(lái)。在綜合測(cè)試臺(tái)使用中，繞組少繞一匝，能否通過(guò)匝間絕緣檢測(cè)出來(lái)，答案是否定的。從前面公式可 知，繞組多或少一圈，對(duì)繞組的 R 和 L 變化很小，與繞組短路一匝的能量損失無(wú)法比擬。對(duì)于電機(jī)繞組中有一組線圈反嵌了，能否用匝間絕緣測(cè)試方法來(lái)分辨。一般來(lái)說(shuō)二極、四極、六極 電機(jī)若一組線圈反嵌，其對(duì)整個(gè)繞組的影響較大， Q 值變小， dS 可達(dá)到 8%10左右，而八極、十極 電機(jī)一組繞組

14、反嵌，其 dS 和 df 變化較小，大致在 5% 8之間，若電機(jī)工藝穩(wěn)定，材料穩(wěn)定，產(chǎn)品參 數(shù)一致性好，離散度小，那么 dS在5%也可分辨，但手工嵌線八極電機(jī)在匝間絕緣測(cè)試時(shí)，dS的離散度已達(dá)到 8 10，那么反嵌一組就無(wú)法用匝間絕緣測(cè)試來(lái)分辨了。這里要附帶說(shuō)明的是，電機(jī)繞組反嵌的測(cè)試方法很多，如空載電流法、電容電壓法、起動(dòng)力矩法、 極性測(cè)試法等，這些方法已得到廣泛應(yīng)用。高頻脈沖作用下電機(jī)定子繞組電壓的非均勻分布1 引 言PWM逆變驅(qū)動(dòng)下，加在電機(jī)繞組上的高頻電壓在繞組內(nèi)傳播，使得電機(jī)繞組的分布參數(shù)不可忽略。 由于分布參數(shù)的存在，脈沖電壓在電機(jī)繞組內(nèi)分布不均，從而引起部分繞組絕緣層局部過(guò)壓擊穿

15、，這種現(xiàn) 象已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者和專家的關(guān)注。 文獻(xiàn)5,6分別用仿真手段和多導(dǎo)線傳輸理論研究了PWM脈沖電壓在電機(jī)繞組內(nèi)的分布情況，一致認(rèn)為 PWM脈沖電壓上升時(shí)間過(guò)高是電機(jī)繞組絕緣擊穿的主要原因，且大 部分絕緣擊穿經(jīng)常發(fā)生在首匝。但這些文章并沒(méi)有對(duì)高頻輸入下電機(jī)繞組內(nèi)分布參數(shù)的特性進(jìn)行討論。 文獻(xiàn) 7,8 分別用一維擴(kuò)散方程和非直接邊界積分方程計(jì)算繞組內(nèi)的分布參數(shù)，文獻(xiàn)9 則利用渦流分析得到分布參數(shù)與電機(jī)輸入電壓頻率的關(guān)系， 但直接數(shù)值計(jì)算方法比較繁雜， 而文獻(xiàn) 9 也只是針對(duì)整嵌式 繞組進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用范圍有限。本文利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)定子槽內(nèi)電磁場(chǎng)進(jìn)行有限元分析，從而獲取電機(jī)繞組內(nèi)

16、的分布參數(shù)。這種方法可以討論高頻輸入對(duì)電機(jī)繞組分布參數(shù)的影響，尤其是可以反 映脈沖輸入的瞬態(tài)作用，同時(shí)能充分考慮電機(jī)材料屬性以及定子槽內(nèi)繞組布線對(duì)參數(shù)求解的影響，因此 這種方法的計(jì)算結(jié)果更加有效和準(zhǔn)確。 本文還通過(guò)建立電機(jī)繞組分布參數(shù)模型，利用MATLAB仿真分析高頻PWM脈沖波在電機(jī)繞組內(nèi)的電壓分布情況。仿真結(jié)果表明，當(dāng)PWM逆變器驅(qū)動(dòng)時(shí)，電機(jī)定子繞組電壓分布狀況不僅與繞組本身的分布參數(shù)有關(guān)，而且與PWM沖電壓上升時(shí)間以及傳導(dǎo)電纜有關(guān)。2 定子繞組分布參數(shù)模型對(duì)于快速上升的脈沖前沿，按照傅立葉分析，其上升時(shí)間含有大量高次諧波，為估計(jì)一個(gè)典型的 PWM波前沿在定子線圈間的電壓分布，須用一個(gè)分布

17、參數(shù)電路模型來(lái)描述定子繞組。電機(jī)繞組中的分布參數(shù)包括：自感和電阻；同一槽下的匝間互感；匝-地間電容；匝-匝間電容。Yifan Tang在文獻(xiàn)5中指出：利用邊界元法分析各匝的電磁場(chǎng)分布得知：一匝內(nèi)的傳導(dǎo)電流在直接鄰近匝感應(yīng)出一個(gè)反場(chǎng)渦 流(field-opposingeddy-current )，在定子鐵心表面感應(yīng)一個(gè)相對(duì)小的反場(chǎng)渦流。在鄰近匝表面的渦流屏蔽了大部分磁力線，而鐵槽表面的渦流，只在100MHZ以上時(shí)才有效屏蔽磁力線，而在低于1MHZ寸允許更多磁力線通過(guò)。因此互感只存在于直接相鄰的兩匝之間，即最多只有兩個(gè)互感效益對(duì)某匝起作用。但實(shí)際上在一個(gè)槽內(nèi)，某一匝周圍可能有好幾匝，所以某一匝受到

18、的互感作用可能不止兩個(gè)。雖然如此，為使模型簡(jiǎn)化，本文按各匝順序考慮臨近匝間的互感作用。線端繞組分布參數(shù)電路模型可用圖1表示。3 繞組內(nèi)分布參數(shù)計(jì)算Kl j懸上”，匕占人丸d丄d 4 土 里亠厶 血Till為獲得如圖1所示電路中的各部分參數(shù)，對(duì)于不同形式的電機(jī)繞組，參數(shù)的確定方法也不同?？紤]到目前很多感應(yīng)電機(jī)都是散嵌式繞組型，本文以散嵌式繞組為研究對(duì)象。由于散嵌式繞組在槽內(nèi)的位置具有不確定性，給計(jì)算繞組分布參數(shù)帶來(lái)困難。使用有限元法(Finite Element Method - FEM對(duì)電機(jī)槽內(nèi)繞組進(jìn)行電磁場(chǎng)分析，可計(jì)算散嵌繞組在不同輸入電壓上升沿時(shí)的電機(jī)繞組參數(shù)，因此能過(guò)對(duì)分布參數(shù)做出準(zhǔn)確估

19、算。對(duì)于某特定的一相而言，槽內(nèi)繞組相對(duì)位置確定，這種假設(shè)可簡(jiǎn)化分析過(guò)程且可行。本文以JO2-32-4型號(hào)電機(jī)為對(duì)象，研究高頻脈沖作用下電機(jī)定子槽內(nèi)的電磁場(chǎng)，通過(guò)有限元分析得到槽內(nèi)各匝分布參數(shù)。電機(jī)參數(shù)為：3.0KW, 1430轉(zhuǎn)/分，380伏,6.5安，50HZ E級(jí)絕緣；定/轉(zhuǎn)子槽數(shù)=36/26，每槽線數(shù)=62,并聯(lián)支路數(shù)=2，繞組單層交叉；線規(guī)：?jiǎn)胃睆?0.8mmo有限元分析工具采用 ANSYS軟件，依照ANSYS勺三個(gè)部分逐步進(jìn)行分析和處理，最后得到各分布參 數(shù)值。由于電阻值與激勵(lì)及頻率無(wú)關(guān)，所以無(wú)需通過(guò)ANSYS進(jìn)行計(jì)算。求解電感與求解電容不完全相同，前者采用瞬態(tài)分析而后者只需采用靜

20、態(tài)分析即可。首先進(jìn)行電感值的計(jì)算。建立電機(jī)單槽模型，設(shè)定5種材料分別為氣隙、鐵芯、導(dǎo)體、轉(zhuǎn)子和絕緣（包括匝間絕緣，槽絕緣）。然后定義材料屬性，戈U分網(wǎng) 格，加載。本文首先將第一匝設(shè)定為激勵(lì)源，瞬間電壓設(shè)定為470V/500ns。加載完畢執(zhí)行以下語(yǔ)句進(jìn)行求解：Main Menu: Solution >-Solve-Current LS.ANSYS有兩個(gè)后處理器，即通用后處理器（POST1和時(shí)間歷程后處理器（POST26，前者只能觀看整個(gè)模型在某一時(shí)刻的結(jié)果，后者可觀看模型在不同時(shí)間段或子步歷程上的結(jié)果，常用于處理瞬態(tài)或動(dòng) 力分析結(jié)果。本文利用POST1得到求解后的磁力線分布,結(jié)果如圖2所示

21、。利用POST26解得各匝的自感， 表1給出了部分匝的電感計(jì)算值。為減少求解時(shí)間，求解過(guò)程未設(shè)置子過(guò)程。表1部分匝自感計(jì)算參數(shù)Turnnduc.(H)Turnnduc.(H)10.4758E-4210.5302E-420.4698E-4220.5303E-430.4698E-4230.5303E-440.4758E-4240.5302E-4420.5581E-4460.5581E-4430.5585E-4610.5641E-4440.5586E-4620.5641E-4450.5585E-4從磁力線分布看到，槽底的磁力線密度最大，從槽底往上包圍各匝的磁力線減少，因此各匝電感值 從槽底往上依次減

22、少。從圖中磁力線分布還可看出，通過(guò)第四層的磁力線基本呈水平狀，而第四層以上 的磁力線向下突出，第四層以下的磁力線向上突出，而第四層以上靠近槽壁的各匝電感要大，第四層以 下恰好相反，包圍的磁力線越多，導(dǎo)體自感也就越大。各匝互感可用以下公式得到5:R71 C74 -U AfcjCS. it其中R為耦合系數(shù)，取值范圍為0.8-0.9。計(jì)算電容的物理模型和計(jì)算電感時(shí)一樣，但是由于電容與頻率沒(méi)有關(guān)系，只需進(jìn)行靜電場(chǎng)分析。部分計(jì)算結(jié)果如表2所示。表中數(shù)值均為單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的計(jì)算值，本文單槽模型的深度設(shè)定為0.1m，故表中所有數(shù)值除以10得到實(shí)際電容值。表2 部分電容計(jì)算值（單位：F）TurnlTurn2Tu

23、rn3Turn4Turnl0.31810E-090.15364E-110.20097E-120.12643E-13Turn20.63426E-100.15442E-110.20021E-12Turn30.63660E-100.15363E-11Turn40.32260E-09從表2可看出，在材料屬性確定的情況下，分布電容值與導(dǎo)體所在位置有關(guān)。靠近槽壁的導(dǎo)體電容值比遠(yuǎn)離槽壁的導(dǎo)體電容值大，尤其是處于槽體中心的導(dǎo)體電容值最小，甚至比同一層靠近槽壁的導(dǎo)體電容 值小12個(gè)數(shù)量級(jí)；匝間的互容值和兩匝的相對(duì)位置有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)互容值小于兩導(dǎo)體本身的電容值, 相隔越遠(yuǎn)的兩匝間的互容值越小。4 繞組電壓分布的時(shí)

24、域分(4)當(dāng)脈沖波進(jìn)入繞組時(shí)，一部分電流經(jīng)繞組導(dǎo)線流過(guò)，一部分經(jīng)繞組的匝間電容，還有一部分流過(guò)繞組各 點(diǎn)對(duì)地電容，因此繞組各部分導(dǎo)線中的電流分布不同；同時(shí)，繞組各部分還存在互感，所以，繞組中的 電磁聯(lián)系非常復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，略去繞組損耗和各部分的互感和互容，并假設(shè)各參數(shù)均勻分布，得到 簡(jiǎn)化等效電路如圖3所示。圖中 耳、分別為繞組單位長(zhǎng)度的電感和對(duì)地電容，：為繞組內(nèi)距離線端：處的電壓值，:- Ardu 3U +uX處的電壓為二。在不考慮繞組損耗的條件下，脈沖電壓在繞組上的電壓分布可看成脈沖電壓在無(wú)損傳輸線上的傳播。根據(jù)無(wú)損傳輸線理論可得到以下方程組10:如一aral一ax- -<=

25、3;°|將式（2 ）對(duì):.求導(dǎo)，并將式（3）代入得:7詬Wd2u a?同理可得:將式（5）改寫為運(yùn)算微積分形式:"(X)O U(x,p)o Z(扎 p)其中/為算子,得：芻曠0訐O）Sw）ax(6)方程（6）的通解為：（砂尸蟲以+皿FA、B為待定系數(shù)，由初始條件或邊界條件確定?？紤]三相星型電機(jī)，當(dāng)某時(shí)刻只有一相有脈沖電壓輸入,這樣實(shí)際上是串聯(lián)后的兩相繞組承受線電壓，繞組中心點(diǎn)位于電壓分布的中點(diǎn)。但是，由于電機(jī)的阻抗 相對(duì)電纜阻抗大得多，因此在分析中可以將繞組中心作為一個(gè)參考點(diǎn)對(duì)單相繞組的電壓分布進(jìn)行分析。假定作用于電機(jī)繞組首端的電壓為幅值等于的長(zhǎng)直角波，電機(jī)單相繞組長(zhǎng).。其

26、邊界條件為：x 二 0，S將邊界條件代入式（7）及其導(dǎo)數(shù)式可得:up) = 70(8)應(yīng)用展開定理，將其反變換成原函數(shù)，可得振蕩過(guò)程中繞組各點(diǎn)電位方程的時(shí)域表達(dá)圾吋=sin/ixcosf式。(9)式中_廠：，斗-L ' "一；'其中 仃為振蕩角頻率，'是空間諧波幅值。從式（9）可以看出，電機(jī)繞組內(nèi)的各點(diǎn)電壓是關(guān)于輸入電壓、該點(diǎn)位置以及時(shí)間的函數(shù)，電壓的分布 是一個(gè)振蕩過(guò)程。振蕩過(guò)程與作用在繞組上的沖擊電壓波形有關(guān)。波頭陡度愈大，振蕩愈劇烈；陡度愈 小，由于電感分流的影響，起始分布與穩(wěn)態(tài)分布愈接近，振蕩就會(huì)愈緩和，因而繞組各點(diǎn)對(duì)地電位和電 位梯度的最大值也將降低

27、。5 繞組電壓分布的仿真分析為驗(yàn)證脈沖電壓在定子繞組內(nèi)分布的不均勻性，利用MATLAB軟件包建立電機(jī)繞組分布參數(shù)模型，分別討論脈沖電壓在匝間及線圈間的分布情況，從而得到繞組絕緣過(guò)早損壞的依據(jù)。5.1匝間電壓分布建立一個(gè)50匝的線圈分布參數(shù)仿真模型，如圖4所示。根據(jù)前面的理論分析得知，電壓分布不均勻大多表現(xiàn)在前幾匝，故只建立前 4匝的分布參數(shù)模型，后面 46匝用集中參數(shù)等效。匝間互感作用用耦合線圈 實(shí)現(xiàn)，輸入信號(hào)(Signal )由另一文件生成，可以提供單脈沖輸入和PWM脈沖輸入。圖中檢測(cè)信號(hào)為各匝電壓，最后合成在一個(gè)窗口輸出。對(duì)單個(gè)脈沖輸入進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1) 脈沖輸入電壓上升時(shí)間越短，

28、各匝的電壓降越大，電壓分布越不均勻。其原因可從上一節(jié)的時(shí)域分 析得到，上升時(shí)間越短，波頭越陡，繞組內(nèi)電壓振蕩越厲害，電壓分布就越不均勻。(2) 各匝自感越大，電壓分布越不均勻，電壓振蕩越厲害；而匝間互感越大，對(duì)電壓分布反而有利。從 理論上分析，自感對(duì)電流有抑制作用，所以自感越大，電流越難向后傳播，造成前匝的壓降越厲害；由 于各匝電流方向相同，互感作用將一部分電流耦合到后面各匝上，加速了后面各匝的電壓建立，從而有 利于電壓的均勻分布。 第一匝對(duì)地電容 C1對(duì)電壓分布作用明顯，C1越大第一匝的電壓降越大；由于匝間電容相對(duì)各匝對(duì)地電容而言較小，對(duì)電壓分布影響不大，如果匝間電容相對(duì)較大，則有利于電壓的

29、均勻分布。這是因?yàn)樵?間電容的存在可將前一匝的電壓耦合到后一匝上，而不必等到電感上流過(guò)電流，所以匝間電容越大，電 壓分布越均勻。-zn-aig a 2C3 鼻UB DJII工 * I 上95：3吊 t.r=1 ns園*5 卜*酹何莎心川匝囪由只供布圖5給出不同電壓上升時(shí)間下匝間電壓分布的仿真波形。圖中波形從前往后依次為第1, 2, 3, 4匝的電壓降，最后46匝壓降由于電壓值超出刻度范圍而未給出，tr為脈沖前沿的上升時(shí)間。當(dāng)輸入 PWM脈沖 序列時(shí)，電壓分布隨各參數(shù)變化特性與單個(gè)脈沖輸入時(shí)一致，但電壓分布的幅值不盡相同，因?yàn)楦哳l重 復(fù)的脈沖電壓輸入使得繞組內(nèi)的電壓發(fā)生了疊加或者消除。5 2線圈間電壓分布繞組內(nèi)電壓分布不均勻不但體現(xiàn)在線圈內(nèi)（即匝間），而且體