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电机绝缘材料需要满足哪些电气性能要求

发布时间:2023-12-19 08:31:29    浏览次数:1914次

绕组的可靠性和使用寿命取决于绝缘材料的性能。绝缘材料的基本性能包括电气、热机械和耐热性能。其中,电气性能是基本的要求之一,包括击穿强度、绝缘电阻率、介电系数和介质损耗等。这些指标直接影响着绕组的正常运行和使用寿命。因此,选择合适的绝缘材料对于保障绕组的可靠性至关重要。

1绝缘材料击穿强度

绝缘材料在电压作用下发生击穿时,其击穿处的厚度与击穿电压之间的关系可以用千伏/毫米来表示。根据绝缘材料的击穿形式,可以将其分为电击穿、热击穿和放电击穿三种。

● 电击穿。当绝缘材料受到强电场作用时,其中的带电质点会在电场作用下高速运动,发生碰撞游离,从而破坏分子结构,终导致材料击穿。电击穿电压会随着材料厚度的增加而线性增加。在均匀电场中,除非冲击电压时间小于10秒,电击穿强度一般与电压作用时间无关。

●热击穿。当绝缘材料受到交变电场的作用时,由于介质损耗而产生热量,若无法及时散发出去,将导致材料内部温度上升,进而破坏分子结构并击穿,称之为热击穿。热击穿电压会随着周围媒质温度的升高而降低,材料厚度增加会导致散热条件变差,从而降低击穿强度;频率增加时,介质损耗会增大,也会使击穿强度下降。

●放电击穿。在强电场作用下,绝缘材料内部的气泡因电离而放电;杂质也因受电场加热气化,产生气泡,使气泡放电进一步发展,导致整个材料的击穿,称为放电击穿。
绝缘材料的击穿常常是上述三种形式同时存在,难以区分。使用绝缘漆或胶液浸渍绝缘材料,可以改善电场分布,提高电击穿强度;也可以改善散热条件,提高热击穿强度。

2. 绝缘电阻率
当电压作用于绝缘材料时,会有微小的漏导电流通过。电流一部分在材料内部流动,另一部分在材料表面流动。因此,绝缘电阻率可分为体积电阻率和表面电阻率。体积电阻率表征材料内部电导性质,单位为欧姆·米;表面电阻率表征材料表面的电导性质,单位为欧姆。绝缘材料的体积电阻率通常在107~1019欧姆·米范围内。绝缘材料的电阻率通常与以下因素有关。

  1. 随着温度的升高,电阻率呈指数下降。

  2. 湿度增加会使得绝缘电阻率下降,对多孔材料影响更大。

  3. 亲水物质表面容易形成水膜从而降低表面电阻,而非性材料则不受影响。

  4. 绝缘材料中的杂质会产生导电离子,促进性分子离解,进而快速降低电阻率。

  5. 在高强度电场作用下,离子迁移力增大,导致电阻率下降。

    绝缘材料的电介质常数

    当电场作用于绝缘材料时,由于漏电和化等原因,会产生能量损失。通常用损耗功率或损耗角正切来衡量介质损耗的大小。
    在直流电压作用下,电流通过瞬时充电电流、吸收电流和漏导电流。当施加交流电压时,则瞬时充电电流为无功电流(电容电流);漏导电流与电压同相位,为有功电流;吸收电流则既有无功电流成分,也有有功电流成分。影响绝缘材料介质损耗的主要因素。

    频率与介质损耗角正切的关系:

当温度不变时,损耗角正切在某一频率时出现峰值,此时单位体积内的介质损耗值P增长快。因此,测量损耗角正切值时必须选定一定的频率。对于电机所用的材料,一般都测量其工频时的介质损耗角正切。
温度与吸收电流所产生的损耗的关系:
当频率不变时,损耗角正切在某一温度时出现峰值,此时吸收电流所产生的损耗大。在低温区,漏导电流和吸收电流有功分量均很小,故损耗角正切很小;在高温区,吸收电流所产生的损耗消失,由漏导损耗决定。

有机绝缘材料在高频或高压电气设备中的应用,需要根据损耗角正切与温度和频率关系曲线,选择合适的材料。为了避免在工作频率和温度出现损耗角正切峰值,防止材料加速老化或发生热击穿,工程上需要慎重选择适当的绝缘材料。
● 随着电场强度的增加,损耗角正切也随之增大。当电压增加到某一值时,介质内部的气泡或电边缘会出现局部游离现象,损耗角正切突然显著增大。这一电压值称为起始游离电压。测量起始游离电压可以检查绝缘结构内部存在的气隙情况,以控制绝缘质量。
此外,一些绝缘材料还需要考虑耐电晕、耐电弧、抗漏电痕迹等电气性能。对于电机而言,击穿电场强度和绝缘电阻是重要的电气性能要求。不同电机类型对绝缘材料的其他电气性能要求不完全一样。例如,高压电机的绝缘需要较小的介质损耗和良好的耐电晕性,同时需要考虑铁心和导体之间的电场分布。