800V Las arquitecturas de vehículos eléctricos están aumentando las apuestas en las pruebas de aislamiento
El cambio de 400 V a 800 Arquitecturas V EV: demostradas por Porsche Taycan, Hyundai IONIQ 5 y EV6, Vamos EV6, Audi Q8 e-tron, y ahora se está extendiendo a los automóviles de mayor volumen, ha transformado el aislamiento del devanado del motor de una verificación rutinaria de fabricación a una actividad crítica de ingeniería de confiabilidad.. En 400 V, descarga parcial (PD) en el aislamiento del devanado fue una preocupación menor que se manifestó durante años de operación. En 800 voltaje del bus V, con conmutación de alta frecuencia de inversores de SiC que generan picos de voltaje de 1600 a 2000 V máximo, La descarga parcial puede degradar el aislamiento entre espiras en meses en lugar de años..
Este artículo se centra en los métodos de prueba de aislamiento y PD específicos relevantes para motores de tracción que funcionan en sistemas de transmisión de vehículos eléctricos de alto voltaje, un tema distinto de las pruebas de producción de motores en general y, a menudo, poco comprendido por los ingenieros que han trabajado principalmente con 230/400 EN maquinas industriales.
Qué es la descarga parcial y por qué es importante
La descarga parcial es un evento de ruptura dieléctrica localizada en un sistema de aislamiento que no cierra inmediatamente la brecha del electrodo; no llega a una descarga disruptiva completa.. En un devanado de motor, La DP generalmente se inicia en las pequeñas bolsas de aire atrapadas entre vueltas adyacentes de alambre magnético., entre el aislamiento de vuelta y el barniz de impregnación, o en el revestimiento de la ranura a la interfaz de cobre. Cada evento de EP es pequeño (picoculombios de transferencia de carga, nanosegundos de duración), pero el efecto acumulativo de millones de eventos por segundo a alta frecuencia de conmutación degrada el aislamiento mediante erosión química y seguimiento de la superficie..
El umbral crítico es el voltaje de inicio de descarga parcial. (PDIV) — el voltaje al que ocurre la PD por primera vez. Para un bien diseñado 800 Bobinado del motor de tracción en V, el PDIV (medido en los terminales del motor) debe exceder cómodamente el pico de voltaje del inversor en el peor de los casos visto en servicio. Con inversores de SiC que alcanzan valores dV/dt de 20 a 50 kV/μs y amplitudes de timbre de 1,5 a 2 veces la tensión del bus de CC, a 800 El sistema V expone habitualmente el aislamiento del devanado a transitorios de 1600 a 2400 V.
Estándares aplicables y marco de prueba
Las principales normas internacionales son:
- CEI 60034-18-41: Pruebas de calificación y aceptación para sistemas de aislamiento de motores en operación alimentada por convertidor: define el Tipo I (termoplástico) y tipo II (termoestable) metodologías de evaluación.
- CEI 60034-18-42: Pruebas de calificación y aceptación a nivel de máquina para máquinas alimentadas por convertidor.
- CEI 60270: Circuito de medición estándar para medición de descargas parciales. (el método de referencia).
- CEI 62539 / IEEE 930: Guía para el análisis estadístico de datos de resistencia de tensión de aislamiento eléctrico..
Elementos de prueba básicos
1. AC Hipot / Prueba dieléctrica de alto potencial
La prueba de aceptación fundamental: aplique un voltaje significativamente mayor que el voltaje de funcionamiento nominal entre el devanado y el marco durante un minuto.. Según IEC 60034-1, El voltaje de prueba es típicamente 2 × tensión nominal + 1,000 V (CA eficaz) o 1.7 × para volver a probar después del servicio. para un 800 sistema V, esto se traduce en 2,600 V CA RMS. La medición es pasa/falla: cualquier corriente de fuga que exceda el umbral (típicamente 10 mA CA o según lo especificado por el OEM del motor) indica falla de aislamiento.
Métricas clave: Corriente de fuga vs.. tiempo; hora de desmoronarse (si se utiliza el protocolo de rampa); pasa/falla vs.. umbral de diseño.
2. Medición de voltaje de inicio y extinción de descarga parcial
La prueba energiza el devanado del motor con una tensión sinusoidal o unipolar. (según IEC 60034-18-41 Anexo A), comenzando por debajo del PDIV esperado y aumentando a un ritmo controlado. Un condensador de acoplamiento y un detector de PD. (calibrado en picoculombios según IEC 60270) monitorear el devanado. PDIV se registra como el voltaje al cual la carga aparente excede por primera vez 10 ordenador personal (o el umbral específico de la aplicación). Tensión de extinción de descarga parcial (PDEV) se mide en la rampa descendente.
Métricas clave: PDIV (pico kV); PDEV (pico kV); magnitud de carga aparente en 110% PDIV; diferencia entre PDIV y PDEV (histéresis).
3. Pruebas de impulsos repetitivos (Pruebas de sobretensión)
La CEI 60034-18-41 El procedimiento de tipo I utiliza pulsos de voltaje unipolares repetitivos con tiempo de aumento controlado (entre 0.1 µs y 2 µs) para simular eventos de conmutación del inversor. El devanado del motor está sujeto a millones de impulsos a un nivel de voltaje que representa el peor pico en servicio.; La actividad de PD y la temperatura del devanado se monitorean en todo momento.. Pruebas de resistencia a temperatura elevada. (normalmente 20 °C por encima de la temperatura nominal del devanado) y voltaje elevado (110–130% del voltaje pico nominal) comprime la duración de la prueba aprovechando los modelos de aceleración de Arrhenius y de ley de potencia inversa.
Métricas clave: Número de impulsos para cambio de PDIV de ±10%; tendencia de resistencia del aislamiento del devanado (debe permanecer arriba 1 GΩ); Detección corta entre giros mediante comparación de respuesta al impulso.
4. Resistencia de aislamiento (Y) e índice de polarización (PI)
Aplicado en 500 V o 1,000 VCC para 10 minutos. IR en 1 minuto y 10 se registran los minutos; el índice de polarización (PI = IR₁₀/IR₁) indica el estado del aislamiento. PI a continuación 1.0 indica contaminación o humedad; abajo 2.0 merece una mayor investigación. Para motores de nueva producción., PI arriba 4.0 se espera.
5. Envejecimiento térmico y resistencia a la humedad
Pruebas de validación de clase de aislamiento según IEC 60034-18-32 exponer muestras de bobinado a térmica combinada (155–180°C según clase) y humedad (95% RH) andar en bicicleta mientras se mide la actividad de la EP a intervalos regulares. La falla se define como un aumento de la magnitud de PD que excede un factor de 10 veces el valor inicial., o IR cayendo por debajo 100 MΩ.
Configuración del banco de pruebas para pruebas de aislamiento de alto voltaje
Un 800 El banco de pruebas de aislamiento de motores de tracción en V debe cumplir con los requisitos de seguridad de alta tensión (celda de prueba blindada y conectada a tierra, acceso bloqueado, Señalización de advertencia HV según IEC 61010-1), junto con dispositivos electrónicos de medición de DP de precisión que son inmunes a la EMI de banda ancha generada por los eventos de DP bajo medición.. Cables coaxiales blindados, Salas de pruebas herméticas a RF, y los amplificadores de banda estrecha sintonizados en el rango de 40 a 1000 kHz son estándar. Si su programa de vehículos eléctricos requiere pruebas de calificación de aislamiento para 400 V o 800 motores de tracción en v, Nuestro equipo de ingeniería puede soportar la IEC completa. 60034-18-41 programa de prueba de tipo. Contáctenos para discutir sus especificaciones de aislamiento y requisitos de voltaje de prueba.
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