Isolation des enroulements de moteur et tests de décharge partielle pour les systèmes d'entraînement EV 800 V

800Les architectures V EV augmentent les enjeux pour les tests d’isolation

Le passage de 400 V à 800 Architectures V EV — démontrées par Porsche Taycan, Hyundai IONIQ 5 et EV6, Passons à EV6, Audi Q8 e-tron, et s'étend maintenant aux voitures grand public - a transformé l'isolation des enroulements de moteur d'un contrôle de fabrication de routine en une activité d'ingénierie de fiabilité critique. À 400 V, décharge partielle (PD) dans l'isolation des enroulements était une préoccupation mineure qui s'est manifestée au fil des années d'exploitation. À 800 Tension du bus V, avec commutation haute fréquence provenant d'onduleurs SiC générant des pointes de tension de 1 600 à 2 000 V en crête, une décharge partielle peut dégrader l'isolation tour à tour en mois plutôt qu'en années.

Cet article se concentre sur les méthodes spécifiques d'essai d'isolation et de PD pertinentes pour les moteurs de traction fonctionnant dans des transmissions EV à haute tension - un sujet distinct des essais généraux de production de moteurs et souvent mal compris par les ingénieurs qui ont principalement travaillé avec 230/400 V machines industrielles.

Qu'est-ce qu'une décharge partielle et pourquoi c'est important

Une décharge partielle est un événement de claquage diélectrique localisé dans un système d'isolation qui ne comble pas immédiatement l'espacement des électrodes - il s'arrête avant un contournement complet.. Dans un enroulement de moteur, La PD s'initie généralement dans les petites poches d'air emprisonnées entre les spires adjacentes du fil magnétique, entre tour d'isolation et vernis d'imprégnation, ou au niveau de la doublure de fente vers l'interface en cuivre. Chaque événement PD est petit (picocoulombs de transfert de charge, durée des nanosecondes), mais l'effet cumulé de millions d'événements par seconde à une fréquence de commutation élevée dégrade l'isolation par érosion chimique et suivi de surface.

Le seuil critique est la tension de début de décharge partielle. (PDIV) — la tension à laquelle la PD se produit pour la première fois. Pour un bien conçu 800 Enroulement du moteur de traction V, le PDIV (mesuré aux bornes du moteur) doit confortablement dépasser la pire pointe de tension de l'onduleur observée en service. Avec des onduleurs SiC atteignant des valeurs dV/dt de 20 à 50 kV/µs et des amplitudes de sonnerie de 1,5 à 2 × tension du bus CC, un 800 Le système V expose régulièrement l’isolation des enroulements à des transitoires de 1 600 à 2 400 V.

Normes applicables et cadre de test

Les principales normes internationales sont:

• CEI 60034-18-41: Essais de qualification et d'acceptation des systèmes d'isolation des moteurs fonctionnant avec un convertisseur — définit le type I (thermoplastique) et type II (thermodurci) méthodologies d'évaluation.
• CEI 60034-18-42: Tests de qualification et d'acceptation au niveau machine pour les machines alimentées par convertisseur.
• CEI 60270: Circuit de mesure standard pour la mesure des décharges partielles (la méthode de référence).
• CEI 62539 / IEEE 930: Guide pour l'analyse statistique des données d'endurance de tension d'isolation électrique.

Éléments de test de base

1. AC Hipot / Test diélectrique à haut potentiel

Le test d'acceptation fondamental : appliquer une tension nettement supérieure à la tension de fonctionnement nominale entre l'enroulement et le châssis pendant une minute.. Selon CEI 60034-1, la tension de test est généralement 2 × tension nominale + 1,000 V (CA RMS) ou 1.7 × pour un nouveau test après service. Pour un 800 Système V, cela se traduit par 2,600 V CA RMS. La mesure est réussite/échec : tout courant de fuite dépassant le seuil (typiquement 10 mA AC ou comme spécifié par le fabricant du moteur) indique un défaut d'isolation.

Indicateurs clés: Courant de fuite vs. temps; il est temps de tomber en panne (si le protocole de rampe est utilisé); réussite/échec contre. seuil de conception.

2. Mesure de la tension d'initiation et d'extinction des décharges partielles

Le test alimente le bobinage du moteur avec une tension sinusoïdale ou unipolaire (selon CEI 60034-18-41 Annexe A), commençant en dessous du PDIV attendu et augmentant à un rythme contrôlé. Un condensateur de couplage et un détecteur PD (calibré en picocoulombs selon CEI 60270) surveiller le bobinage. PDIV est enregistré comme la tension à laquelle la charge apparente dépasse pour la première fois 10 PC (ou le seuil spécifique à l'application). Tension d'extinction de décharge partielle (PDEV) est mesuré sur la rampe descendante.

Indicateurs clés: PDIV (crête kV); PDEV (crête kV); amplitude de charge apparente à 110% PDIV; différence entre PDIV et PDEV (hystérèse).

3. Tests d'impulsion répétitifs (Test de surtension)

La CEI 60034-18-41 La procédure de type I utilise des impulsions de tension unipolaires répétitives avec un temps de montée contrôlé (entre 0.1 µs et 2 µs) pour simuler des événements de commutation d'onduleur. L'enroulement du moteur est soumis à des millions d'impulsions à un niveau de tension représentant le pire pic en service.; L'activité PD et la température de l'enroulement sont surveillées tout au long. Test d'endurance à température élevée (généralement 20 °C au-dessus de la température nominale de l'enroulement) et tension élevée (110–130 % de la tension de pointe nominale) compresse la durée du test en exploitant les modèles d'accélération d'Arrhenius et de loi de puissance inverse.

Indicateurs clés: Nombre d'impulsions pour un changement de PDIV de ±10 %; tendance de la résistance d'isolation des enroulements (devrait rester au-dessus 1 GΩ); détection de court-circuit tour à tour via comparaison de réponse impulsionnelle.

4. Résistance d'isolation (ET) et indice de polarisation (PI)

Appliqué à 500 V ou 1,000 V CC pour 10 minutes. IR à 1 minute et 10 les minutes sont enregistrées; l'indice de polarisation (PI = IR₁₀/IR₁) indique l'état de l'isolation. PI ci-dessous 1.0 indique une contamination ou de l'humidité; ci-dessous 2.0 justifie une enquête plus approfondie. Pour les nouveaux moteurs de production, PI ci-dessus 4.0 est attendu.

5. Vieillissement thermique et endurance à l’humidité

Tests de validation de classe d'isolation selon CEI 60034-18-32 exposer les échantillons de bobinage à des températures thermiques combinées (155–180°C selon classe) et l'humidité (95% RH) faire du vélo tout en mesurant l’activité de la MP à intervalles réguliers. L'échec est défini comme une augmentation de l'ampleur de la PD dépassant un facteur de 10 × par rapport à la valeur initiale., ou IR tombant en dessous 100 MΩ.

Configuration du banc d'essai pour les tests d'isolation haute tension

Un 800 Le banc d'essai d'isolation des moteurs de traction V doit répondre aux exigences de sécurité HT (cellule de test blindée mise à la terre, accès verrouillé, Signalisation d'avertissement HT selon CEI 61010-1), avec une électronique de mesure de précision PD qui est elle-même immunisée contre les EMI à large bande générées par les événements PD en cours de mesure. Câbles coaxiaux blindés, Salles de test étanches aux RF, et des amplificateurs à bande étroite réglés sur la plage de 40 à 1 000 kHz sont standard. Si votre programme EV nécessite des tests de qualification d'isolation pour 400 V ou 800 Moteurs de traction V, notre équipe d'ingénierie peut prendre en charge l'intégralité de la CEI 60034-18-41 programme d'essai de type. Contactez-nous pour discuter de vos spécifications d'isolation et de vos exigences de tension d'essai.