Prüfung der Motorwicklungsisolierung und Teilentladung für 800-V-Elektroantriebssysteme

800V EV-Architekturen erhöhen den Einsatz bei Isolationstests

Der Wechsel von 400 V zu 800 V-EV-Architekturen – demonstriert von Porsche Taycan, Hyundai IONIQ 5 und EV6, Lassen Sie uns EV6, Audi Q8 e-tron, und das sich nun auf serienmäßige Serienautos ausweitet – hat die Motorwicklungsisolierung von einer routinemäßigen Fertigungsprüfung in eine entscheidende Aktivität der Zuverlässigkeitstechnik verwandelt. Bei 400 V, Teilentladung (PD) Die Wicklungsisolierung war ein geringfügiges Problem, das sich im Laufe der Betriebsjahre manifestierte. Bei 800 V Busspannung, mit Hochfrequenzschaltung von SiC-Wechselrichtern, die Spannungsspitzen von 1.600–2.000 V Spitze erzeugen, Teilentladungen können die Windungsisolierung innerhalb von Monaten statt Jahren verschlechtern.

Dieser Artikel konzentriert sich auf die spezifischen Isolations- und TE-Testmethoden, die für Traktionsmotoren relevant sind, die in Hochspannungs-Elektroantriebssträngen betrieben werden – ein Thema, das sich von allgemeinen Tests in der Motorenproduktion unterscheidet und von Ingenieuren, die hauptsächlich damit gearbeitet haben, oft nur unzureichend verstanden wird 230/400 V Industriemaschinen.

Was Teilentladung ist und warum sie wichtig ist

Teilentladung ist ein lokalisierter dielektrischer Durchschlag in einem Isolationssystem, der den Elektrodenabstand nicht sofort überbrückt – er stoppt, bevor es zu einem vollständigen Überschlag kommt. In einer Motorwicklung, PD beginnt typischerweise in den kleinen Lufteinschlüssen, die zwischen benachbarten Magnetdrahtwindungen eingeschlossen sind, zwischen Windungsisolierung und Imprägnierlack, oder an der Schnittstelle zwischen Slot-Liner und Kupfer. Jedes PD-Ereignis ist klein (Pikocoulomb der Ladungsübertragung, Nanosekunden dauern), Aber die kumulative Wirkung von Millionen von Ereignissen pro Sekunde bei hoher Schaltfrequenz verschlechtert die Isolierung durch chemische Erosion und Oberflächenkriechwirkung.

Der kritische Schwellenwert ist die Teilentladungs-Einsatzspannung (PDIV) – die Spannung, bei der PD zum ersten Mal auftritt. Für ein gut gestaltetes 800 Wicklung des V-Fahrmotors, der PDIV (gemessen an den Motorklemmen) Die Spannungsspitze des Wechselrichters, die im schlimmsten Fall im Betrieb auftritt, muss deutlich übertroffen werden. Mit SiC-Wechselrichtern werden dV/dt-Werte von 20–50 kV/µs und Schwingamplituden von 1,5–2× DC-Busspannung erreicht, A 800 Das V-System setzt die Wicklungsisolierung routinemäßig Spannungsspitzen von 1.600–2.400 V aus.

Anwendbare Standards und Testrahmen

Die wichtigsten internationalen Standards sind:

• IEC 60034-18-41: Qualifizierungs- und Abnahmetests für Isolationssysteme von Motoren im Umrichterbetrieb – definiert Typ I (Thermoplast) und Typ II (Duroplast) Bewertungsmethoden.
• IEC 60034-18-42: Qualifizierungs- und Abnahmetests auf Maschinenebene für umrichtergespeiste Maschinen.
• IEC 60270: Standardmessschaltung zur Teilentladungsmessung (die Referenzmethode).
• IEC 62539 / IEEE 930: Leitfaden zur statistischen Analyse von Daten zur Spannungsfestigkeit der elektrischen Isolation.

Kerntestaufgaben

1. AC Hipot / Hochspannungs-Dielektrischer Test

Der grundlegende Abnahmetest: Legen Sie zwischen Wicklung und Rahmen eine Minute lang eine Spannung an, die deutlich über der Nennbetriebsspannung liegt. Gemäß IEC 60034-1, Die Prüfspannung beträgt typischerweise 2 × Nennspannung + 1,000 V (AC RMS) oder 1.7 × zur erneuten Prüfung nach der Wartung. Für ein 800 V-System, das bedeutet 2,600 V AC RMS. Die Messung ist bestanden/nicht bestanden – jeder Leckstrom überschreitet den Schwellenwert (typischerweise 10 mA AC oder wie vom Motor-OEM angegeben) weist auf einen Isolationsfehler hin.

Schlüsselkennzahlen: Leckstrom vs. Zeit; Zeit zum Zusammenbruch (wenn Rampenprotokoll verwendet wird); bestanden/nicht bestanden vs. Entwurfsschwelle.

2. Messung der Ein- und Ausschaltspannung einer Teilentladung

Bei der Prüfung wird die Motorwicklung mit einer sinusförmigen oder unipolaren Spannung bestromt (gemäß IEC 60034-18-41 Anhang A), Beginnend unterhalb des erwarteten PDIV und Anstieg mit kontrollierter Geschwindigkeit. Ein Kopplungskondensator und ein PD-Detektor (kalibriert in Picocoulomb pro IEC 60270) Überwachen Sie die Wicklung. PDIV wird als die Spannung aufgezeichnet, bei der die scheinbare Ladung zum ersten Mal überschritten wird 10 PC (oder der anwendungsspezifische Schwellenwert). Teilentladungs-Auslöschungsspannung (PDEV) wird an der Abwärtsrampe gemessen.

Schlüsselkennzahlen: PDIV (kV-Spitze); PDEV (kV-Spitze); scheinbare Ladungsgröße bei 110% PDIV; Unterschied zwischen PDIV und PDEV (Hysterese).

3. Wiederholte Impulstests (Überspannungsprüfung)

Die IEC 60034-18-41 Das Verfahren vom Typ I verwendet sich wiederholende unipolare Spannungsimpulse mit kontrollierter Anstiegszeit (zwischen 0.1 µs und 2 µs) um Wechselrichterschaltereignisse zu simulieren. Die Motorwicklung ist Millionen von Impulsen auf einem Spannungsniveau ausgesetzt, das der ungünstigsten Spannungsspitze im Betrieb entspricht; TE-Aktivität und Wicklungstemperatur werden durchgehend überwacht. Dauertest bei erhöhter Temperatur (typischerweise 20 °C über der Nennwicklungstemperatur) und erhöhte Spannung (110–130 % der Nennspitzenspannung) komprimiert die Testdauer durch Ausnutzung von Arrhenius- und inversen Potenzgesetz-Beschleunigungsmodellen.

Schlüsselkennzahlen: Anzahl der Impulse zur PDIV-Änderung von ±10 %; Trend des Wicklungsisolationswiderstands (sollte oben bleiben 1 GΩ); Erkennung von Windungskurzschlüssen mittels Impulsantwortvergleich.

4. Isolationswiderstand (UND) und Polarisationsindex (PI)

Beworben bei 500 V oder 1,000 V DC für 10 Minuten. IR bei 1 Minute und 10 Minuten werden aufgezeichnet; der Polarisationsindex (PI = IR₁₀/IR₁) zeigt den Zustand der Isolierung an. PI unten 1.0 deutet auf Verschmutzung oder Feuchtigkeit hin; unten 2.0 erfordert weitere Untersuchungen. Für neue Serienmotoren, PI oben 4.0 wird erwartet.

5. Thermische Alterung und Feuchtigkeitsbeständigkeit

Validierungstests der Isolationsklasse gemäß IEC 60034-18-32 Wickelproben einer kombinierten thermischen Belastung aussetzen (155–180°C je nach Klasse) und Feuchtigkeit (95% RH) Radfahren und dabei in regelmäßigen Abständen die PD-Aktivität messen. Ein Ausfall ist definiert als PD-Größenanstieg um mehr als den Faktor 10 gegenüber dem Anfangswert, oder IR fällt darunter 100 Mω.

Prüfstandsaufbau für Hochspannungsisolationsprüfungen

Ein 800 Der Isolationsprüfstand für V-Traktionsmotoren muss den HV-Sicherheitsanforderungen entsprechen (geerdete abgeschirmte Prüfzelle, verriegelter Zugang, HV-Warnbeschilderung gemäß IEC 61010-1), zusammen mit präziser TE-Messelektronik, die selbst immun gegen die breitbandigen EMI ist, die durch die gemessenen TE-Ereignisse erzeugt werden. Geschirmte Koaxialkabel, HF-dichte Prüfräume, und Schmalbandverstärker, die auf den Bereich von 40–1.000 kHz abgestimmt sind, sind Standard. Wenn Ihr EV-Programm eine Isolierungsqualifikationsprüfung erfordert 400 V oder 800 V-Fahrmotoren, Unser Engineering-Team kann die gesamte IEC unterstützen 60034-18-41 Typprüfprogramm. Kontaktieren Sie uns um Ihre Isolationsspezifikation und Prüfspannungsanforderungen zu besprechen.