交流變頻調(diào)速電機絕緣早期損壞是局部放電、空間電荷、電介質(zhì)損耗發(fā)熱、電磁激振和振動等多種因素共同作用的結果。設計交流變頻電機絕緣結構時，必需選用耐電暈的電磁線；選用耐電暈的絕緣材料和低揮發(fā)份無溶劑樹脂，形成“無氣隙絕緣”，提高絕緣結構的整體性。目前我廠變頻電機的制造已經(jīng)起步，且市場前景良好。變頻電機的絕緣性能基本上能夠滿足用戶的使用要求。但目前國內(nèi)制造的用于變頻電機的電磁線和絕緣材料與國外同類產(chǎn)品相比尚有較大的差距。今后應大力進行這方面的研究開發(fā)工作，并進行有關變頻電機的絕緣結構壽命評定的試驗研究工作。
隨著電力電子技術及新型半導體器件的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術得到不斷地完善和提高。性能逐步完善的變頻器的問世，以其良好的輸出波形，優(yōu)異的性能價格，使其日益擴大交流調(diào)速的市場，從而使交流調(diào)速得到廣泛應用。例如：鋼廠用于軋鋼的大型電動機和中、小型輥到電動機；鐵路及城市軌道交通用牽引電機；電梯電機；集裝箱起吊設備用起重機；水泵和風機用電；壓縮機、家用電機用電機等都相繼使用交流變頻調(diào)速電機，取得了良好的效果。
采用交流變頻調(diào)速電機比直流調(diào)速電機具有顯著的優(yōu)點主要是：
（1）調(diào)速容易、節(jié)能。
（2）交流電機結構簡單、體積小慣量小，造價低、容易維修、內(nèi)用。
（3）可以擴大容量、實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和高電壓運行。
（4）可以實現(xiàn)軟啟動，實現(xiàn)快速制動。
（5）無火花、防暴、環(huán)境適應能力強。
近期內(nèi)，國際上變頻調(diào)速轉(zhuǎn)動以每年13％－16％增長率發(fā)展，并有逐步取代大部分直流調(diào)速轉(zhuǎn)動的趨勢。由于以恒頻。恒壓供電進行特性設計和結構設計的普通異步機應用于變頻調(diào)速系統(tǒng)時，畢竟存在這很大的局限性。應此，國外有關廠商都有專用的變頻交流電動機系列推出，推向市場。這些變頻專用的異步電動機根據(jù)使用的場合和使用要求的不同，在設計上有側(cè)重：有低噪音、低震動用的電機；有提高低速轉(zhuǎn)矩特性的專用電機；有高速專用電機；有帶測速發(fā)電機的電機以及矢量控制專用電機等。值得注意的是：隨著交流變頻電動機的廣泛使用，國內(nèi)外都相繼出現(xiàn)大批交流變頻調(diào)速電動機絕緣早期順壞的現(xiàn)象，許多交流變頻電機運行的壽命只有1－2年，有的甚至只有幾個星期以至于在試運行中電機絕緣就出現(xiàn)損壞，而且損壞通常發(fā)生在匝間。對此，引起國內(nèi)外學者和專家的特別關注。這也是電力逆變技術的發(fā)展應用給電機絕緣技術提出的新課題。實踐證明，過去年幾十年研究和制定的與工頻正玄波電機有關的絕緣設計理論，不能適用于交流變頻調(diào)速電機。需要研究變頻電機絕緣的損壞機理，制定關于交流變頻電機絕緣設計的基本原理，建立交流變頻電機的工業(yè)標準和導則。
我廠于80年代末期即開始研制開發(fā)交流變頻電機。1996年YTSP交流變頻電機即通過上級部門組織的鑒定，投入批量生產(chǎn)。為了解決變頻電機的絕緣問題，1997年9月上海市科委正式下達項目，由上海交通大學和我廠共同進行了“變頻電機絕緣技術關鍵問題的研究”。本文主要敘述我廠在交流變頻電機的研究、開發(fā)、制造，特別是1997年以來，我廠在交流變頻電機的絕緣方面所進行的試驗和應用工作。
1 變頻電機絕緣的損壞機理
1.1 電磁線的損壞
(1)局部放電和空間電荷。目前，變頻調(diào)速交流電機均采用IGBT(Insulated gate bipoler transistors 絕緣柵二極管)技術PWM(Pulse width modulation 脈寬調(diào)制)變頻器控制。其功率范圍大約是0.75－500 s，所產(chǎn)生的電脈沖有極高的開關頻率。達到20 kHz。當一個快速上升沿電壓從mKW。IGBT技術可以是提供上升時間極短的電涌，其上升時間是20－100 變頻器導電機終端電纜時，由于電機和電纜的阻抗不匹配，產(chǎn)生一個反射電壓波。這個反射波返回變頻器，并在感應出另一個由于電纜和變頻器阻抗不匹配而產(chǎn)生的反射波加在原始電壓波上，從而在電壓波前沿產(chǎn)生一個尖鋒電壓。尖鋒電壓的量級取決于脈沖電壓的上升時間和電纜的長度。
 
通常電纜長度增加時，電纜兩端都產(chǎn)生電壓。電機端的過電壓幅值隨電纜長度增加而增加，并趨于飽和。而電源端的過電壓比電機端的過電壓小，并幾乎與電纜長度無關。試驗證明，過電壓開始產(chǎn)生于電壓上升沿和下降沿處，并發(fā)生衰減振蕩，其衰減服從于指數(shù)規(guī)律，振蕩周期隨電纜長度而增加。
對PWM驅(qū)動脈沖波形有二種頻率，其一是開關頻率，它表示脈沖速度。尖鋒電壓的重復頻率與開關頻率成正比。另一個是基本頻率，直接控制電機的轉(zhuǎn)速。在每一個基本頻率開始時，脈沖極性從正到負或從負到。所以，在這一時刻，電機絕緣承受著一個由二倍于尖鋒電壓值的全幅電壓。另外，在一個散嵌繞組的三相電機中，相鄰二匝可能會分屬不同的相，由于在二個相鄰二匝種的電壓極性可能會不同，全幅電壓的躍變也有可能達到二倍于單個尖鋒電壓值。根據(jù)測試在電機端看PWM變頻器輸出的電壓波形、在一個380/480 V 系統(tǒng)中，測得的尖鋒電壓值為1.2－1.5 KV ,而在576/600 V 的交流系統(tǒng)中，測得的尖鋒電壓值為1.6－1.8 KV。非常明顯，在此全副電壓作用下，繞組匝間產(chǎn)生表面局部放電。由于電離作用，在空氣縫中又會產(chǎn)生空間電荷，從而形成一個與外加電場反向的感應電場。當電壓極性改變時，這個反向電場與外加電場方向一致。這樣，一個更高的電場產(chǎn)生，它會導致局部放電的數(shù)量增加，比較終引起穿擊。測試表明，作用于這些匝間絕緣的電沖擊嚴酷程度取決于導線特定的性能和PWM驅(qū)動電流的上升時間。如果上升時間小于0.1 s，那么將有80％的電勢加在繞組的前二匝上，即上升時間越短，電沖擊就越大，匝間絕緣的壽命就越短。m
（2）快速上升，下降沿脈沖產(chǎn)生電介質(zhì)加熱，導致絕緣加速老化。在正玄電壓下，每單位體積的損耗是：
0)/(1eS-e(t2w0E2eNi= 2)t2-w
－松弛時間常數(shù)。tf，p－2w－空氣的介電常數(shù)，E