匝間絕緣測(cè)試項(xiàng)目的釋義及正確使用

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， 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)繞組兩端，此脈沖能量在

2、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)行數(shù)字化處理，然后由計(jì)算

3、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：圖1匝間絕緣測(cè)試電路C為測(cè)試臺(tái)匹配電容，Ri和F2為取樣分壓電阻，R+F2較大,Po=U/Zo+pFe=RCU/L+PFe=RU/ p

4、式中：pFe單位時(shí)間鐵損。自激振蕩每一周期能量損耗: W0=poT+pFeT=R.UT/ P2+ 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，RL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法振蕩。L和RL為繞組的電感和直流電阻,達(dá)10MQ以上，對(duì)振蕩回路不產(chǎn)生影響。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:此處振蕩回路Q值./L/C此處30必為實(shí)數(shù)即（1-CR2幾）0則起振條件為:/I7C7?r.當(dāng)回路Q值很高（RL很小或3LRL）典型的匝間沖擊振蕩波形如圖2所示。回路等效阻抗Z0=

5、 L/ R.C=其中：P特性阻抗?；芈废墓β?-1/Q2=1匝間沖擊振蕩波形P2/RL2+ PFe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。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)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

6、，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 致，可以作為調(diào)整峰值電壓時(shí)參考用。3.2閥值dS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R.變化很小，因此頻率變化不明顯

7、。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1800V,如空調(diào)電機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)或一

8、般三相電機(jī)。F級(jí)或HdS=A S/SX 100%，其閥值大小即被測(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)，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，諧振回路的等效阻抗Z0= P2/RL而P2=L/C,因此，RL和L的變化都影響損耗P0的大小，使S、dS加大。由公式還可知，P0與RL成正比而與L成反比，但這里dS取絕對(duì)值，與 S的正負(fù)無關(guān)。從公式還可知損耗還與峰值U2成正比，要求測(cè)試電源穩(wěn)定，否則電源波動(dòng)對(duì)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。我們做過一次試驗(yàn)，用某電機(jī)繞組

9、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:這里要說明，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。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。間短路引起，應(yīng)予分開。dS影響較大。dS大,電阻變化5%10%16%25%dS(%)1.02.84.57.333%11.685%16.7170%31.23.33.3閥值dfdf被測(cè)繞組自激振蕩頻率與標(biāo)準(zhǔn)繞組自激振蕩

10、頻率差df=f/foX1OO%，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。匝間短路數(shù)較小時(shí)，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 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28%10.6測(cè)試儀受溫度、電源變化等影響,岀現(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

11、起dS8%15%的變化或更大。機(jī)一組繞組反嵌，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%，那么反嵌一組就無法用匝間絕緣測(cè)試來分辨了。這里要附帶說明的是，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目的。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具體操作有以下幾種方法：(a)先將dS和df均設(shè)定為15%

12、，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)岀測(cè)試數(shù)據(jù),觀察dS和df范圍，按90%95%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)，定岀一個(gè)合適的閥值?？傊?，閥值設(shè)定沒有一個(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。3.43.4周期T 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

13、波形比較的周期數(shù)。可視總的振蕩周期數(shù)來定，一般選取13即可，選少了不會(huì)影響測(cè)試精度。這里還需說明一點(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%0匝能較方便分辨岀來。在綜合測(cè)試臺(tái)使用中，繞組少繞一匝，能否通過匝間絕緣檢測(cè)岀來，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)試方法來分辨。一般來說二極、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

14、變小，dS可達(dá)到8%1 0%左右，而八極、十極電參數(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 Ta ng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-opposing eddy-current)，在定子鐵心表面感應(yīng)一個(gè)相寸小的反場(chǎng)渦流。在鄰近 匝表面的渦流屏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壓擊穿，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

15、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寸定子槽內(nèi)電磁場(chǎng)進(jìn)行有限元分析，從而獲取電機(jī)繞組內(nèi)的分布參數(shù)。這種方法可以討論高頻輸入寸電機(jī)繞組分布參數(shù)的影響，尤其是可以反映脈沖輸

16、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)繞組布線寸參數(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。本文還通過建立電機(jī)繞組分布參數(shù)模型，利用MATLAB仿真分析高頻PW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)模型寸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)分布參數(shù)電路模型來描述定子繞組。電機(jī)繞組中的分布100MHZ以上時(shí)才有效屏蔽磁力線，而在蔽了大部

17、分磁力線，而鐵槽表面的渦流，只在 低于1MHZ寸允許更多磁力線通過。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)互感效益寸某匝起作用。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。考慮到目前很多感應(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)帶來困難。使用有限元法（FEM對(duì)電機(jī)槽內(nèi)繞

18、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)，因此能過對(duì)分布參數(shù)做出準(zhǔn)確估算。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?0.8mn。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，最后得到各分布相同，前者采用瞬態(tài)分析而后者只需采用靜態(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

19、絕緣，槽絕緣）。然后定義材料屬性, 劃分網(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 語句進(jìn)行求解:Main Me nu: Solution -Solve-Curre nt LS.（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。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，求解過程未設(shè)置子過程。表1 ?部分匝自感計(jì)算參數(shù)TurnIn duc.(H)TurnIn duc.(H)10.4

20、758E-4210.5302E-420.4698E-4220.5303E-430.4698E-4230.5303E-440.4758E-4240.5302E-4Finite Eleme nt Method -過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)參數(shù)值。由于電阻值與激勵(lì)及頻率無關(guān)，所以無需通過ANSYSt行計(jì)算。求解電感與求解電容不完全470V/500ns。加載完畢執(zhí)行以下?ANSYS有兩個(gè)后處理器，即通用后處理器420.5581E-4460.5581E-4430.5585E-4610.5641E-4440.5586E-

21、4620.5641E-4450.5585E-411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少。從圖中磁力線分布還可看出，通過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。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 中所有數(shù)值除以10得到實(shí)際電容值。各匝互感可用以下公式得到：其中

22、k為耦合系數(shù)，取值范圍為0.8-0.9。0.1m，故表?（1）?表2?部分電容計(jì)算值（單位：F）TurniTurn2Turn3Turn4Tur n10.31810E-090.15364E-110.20097E-120.12643E-13Tur n20.63426E-100.15442E-110.20021E-12Tur n30.63660E-100.15363E-11Tur n40.32260E-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)?？拷郾诘膶?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)

23、量級(jí)；匝間的互容值和兩匝的相對(duì)位置有關(guān)，一般來說互容值小于兩導(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)域分析電流經(jīng)繞組導(dǎo)線流過，一部分經(jīng)繞組的匝間電容，還有一部分流過繞組各點(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,簡(jiǎn)化等效電路如圖3所示。? ? OF 3/ (3丿 況2 ?(4)同理可得：？?？ 0XCK ?(5)?當(dāng)脈沖波進(jìn)入繞組時(shí)，一部分并假設(shè)各參數(shù)均勻分布，得到圖中 厶）、G分別為繞組單位長(zhǎng)度的電感和對(duì)地電容,U為繞組內(nèi)距離線端I處的電壓值，x +

24、dxU U + +aAaA處的電壓為。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損傳輸線上的傳播。 根據(jù)無損傳輸線理論可得到以下方程組10:將式（2）對(duì)I求導(dǎo),并將式（3）代入得:將式（5）改寫為運(yùn)算微積分形式：（x/） OU（p）, ? i（XJ） O Z（入p）其中：汽滬也才方程（6）的通解為:? U（W）=血M +拋W?（7）A 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)

25、參考點(diǎn)對(duì)單相繞組的電壓分布進(jìn)件為:?X胡，廠0 0? ? ?dV后一條件即為：？ dx將邊界條件代入式（7）及其導(dǎo)數(shù)式可得:其中P為算子，得：? ? ?dx?（6）行分析。假定作用于電機(jī)繞組首端的電壓為幅值等于弘的長(zhǎng)直角波，電機(jī)單相繞組長(zhǎng)匚其邊界條=0f應(yīng)用展開定理，將其反變換成原函數(shù)，可得振蕩過程中繞組各點(diǎn)電位方程的時(shí)域表達(dá)式。0Y血血1血佃$叫f? ?（9）?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)振蕩過程。振蕩過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

26、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。5?繞組電壓分布的仿真分析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?其中皿E為振蕩角頻率,k是空間諧波幅值。?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件包建立電機(jī)繞組分布參數(shù)模型，分多表現(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

27、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，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

28、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，則有利于電壓的均勻分布。這是因 為匝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電流，所以匝間電容越 大，電壓分布越均勻。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電壓輸入使得繞組內(nèi)的電壓發(fā)生了疊加或者消除。52?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） 度更明顯。本文對(duì)圖4所示單線圈模型進(jìn)行封裝，建立4個(gè)線圈串聯(lián)的繞組模型，通過對(duì)各線圈電壓 與電流的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析得知：線圈間的電壓分布極不均勻，第一個(gè)線圈（靠近接線端）上的壓降 最大，以后依次減小。這是因?yàn)榧釉诘谝粋€(gè)線圈上的電壓上升