Test di isolamento degli avvolgimenti del motore e di scarica parziale per sistemi di azionamento EV da 800 V

800Le architetture V EV stanno alzando la posta in gioco per i test di isolamento

Il passaggio da 400 V a 800 Architetture V EV: dimostrate dalla Porsche Taycan, Hyundai IONIQ 5 ed EV6, Facciamo EV6, Audi Q8 e-tron, e che ora si sta diffondendo alle auto di grande volume, ha trasformato l’isolamento degli avvolgimenti del motore da un controllo di produzione di routine in un’attività critica di ingegneria dell’affidabilità. A 400 V, scarico parziale (PD) nell'isolamento degli avvolgimenti era una preoccupazione minore che si manifestava nel corso degli anni di funzionamento. A 800 Tensione del bus V, con commutazione ad alta frequenza da inverter SiC che generano picchi di tensione di 1.600–2.000 V di picco, le scariche parziali possono degradare l'isolamento da una svolta all'altra in mesi anziché in anni.

Questo articolo si concentra sull'isolamento specifico e sui metodi di prova PD rilevanti per i motori di trazione che funzionano in trasmissioni di veicoli elettrici ad alta tensione, un argomento distinto dai test generali di produzione dei motori e spesso poco compreso dagli ingegneri che hanno lavorato principalmente con 230/400 V macchine industriali.

Che cos'è lo scarico parziale e perché è importante

La scarica parziale è un evento di guasto dielettrico localizzato in un sistema di isolamento che non colma immediatamente la distanza tra gli elettrodi: si ferma prima di un flashover completo. In un avvolgimento del motore, La PD tipicamente inizia nelle piccole sacche d'aria intrappolate tra spire adiacenti di filo smaltato, tra l'isolamento della spira e la vernice impregnante, o sul rivestimento dello slot sull'interfaccia in rame. Ogni evento del PD è piccolo (picocoulomb di trasferimento di carica, nanosecondi di durata), ma l'effetto cumulativo di milioni di eventi al secondo ad alta frequenza di commutazione degrada l'isolamento attraverso l'erosione chimica e il tracciamento della superficie.

La soglia critica è la tensione di inizio scarica parziale (PDIV) — la tensione alla quale si verifica per la prima volta la PD. Per un design ben progettato 800 Avvolgimento motore trazione a V, il PDIV (misurata ai terminali del motore) deve superare di gran lunga il picco di tensione dell'inverter nel caso peggiore osservato in servizio. Con gli inverter SiC raggiungono valori dV/dt di 20–50 kV/μs e ampiezze di chiamata di 1,5–2× tensione del bus CC, UN 800 Il sistema V espone abitualmente l'isolamento dell'avvolgimento a transitori di 1.600–2.400 V.

Standard applicabili e quadro di test

I principali standard internazionali sono:

• CEI 60034-18-41: Prove di qualificazione e accettazione per sistemi di isolamento di motori alimentati da convertitori: definisce il Tipo I (termoplastico) e Tipo II (termoindurente) metodologie di valutazione.
• CEI 60034-18-42: Test di qualificazione e accettazione a livello macchina per macchine alimentate da convertitori.
• CEI 60270: Circuito di misura standard per la misura delle scariche parziali (il metodo di riferimento).
• CEI 62539 / IEEE 930: Guida per l'analisi statistica dei dati di resistenza della tensione di isolamento elettrico.

Elementi fondamentali del test

1. AC Hipot / Test dielettrico ad alto potenziale

Il test di accettazione fondamentale: applicare una tensione significativamente superiore alla tensione operativa nominale tra l'avvolgimento e il telaio per un minuto. Secondo IEC 60034-1, la tensione di prova è tipicamente 2 × tensione nominale + 1,000 V (CA efficace) O 1.7 × per ripetere il test dopo la manutenzione. Per un 800 Sistema V, questo si traduce in 2,600 V CA efficace. La misurazione è superata/fallita: qualsiasi corrente di dispersione supera la soglia (tipicamente 10 mA CA o come specificato dall'OEM del motore) indica un guasto dell'isolamento.

Metriche chiave: Corrente di dispersione vs. tempo; tempo di rottura (se viene utilizzato il protocollo di rampa); superato/fallito vs. soglia di progettazione.

2. Misura della tensione di inizio ed estinzione delle scariche parziali

La prova eccita l'avvolgimento del motore con una tensione sinusoidale o unipolare (secondo la CEI 60034-18-41 Allegato A), iniziando al di sotto del PDIV previsto e aumentando a un ritmo controllato. Un condensatore di accoppiamento e un rilevatore PD (calibrato in picocoulomb secondo IEC 60270) monitorare l'avvolgimento. Il PDIV viene registrato come la tensione alla quale la carica apparente supera per prima 10 pc (o la soglia specifica dell'applicazione). Tensione di estinzione della scarica parziale (PDEV) viene misurato sulla rampa discendente.

Metriche chiave: PDIV (picco kV); PDEV (picco kV); grandezza della carica apparente a 110% PDIV; differenza tra PDIV e PDEV (isteresi).

3. Test impulsivi ripetitivi (Test di sovratensione)

L'IEC 60034-18-41 La procedura di tipo I utilizza impulsi di tensione unipolari ripetitivi con tempo di salita controllato (fra 0.1 µs e 2 µs) per simulare eventi di commutazione dell'inverter. L'avvolgimento del motore è soggetto a milioni di impulsi a un livello di tensione che rappresenta il picco di servizio peggiore; L'attività PD e la temperatura degli avvolgimenti vengono monitorate costantemente. Test di resistenza a temperatura elevata (tipicamente 20°C sopra la temperatura nominale dell'avvolgimento) e tensione elevata (110–130% della tensione di picco nominale) comprime la durata del test sfruttando i modelli di Arrhenius e di accelerazione della legge di potenza inversa.

Metriche chiave: Numero di impulsi alla variazione PDIV di ±10%; andamento della resistenza di isolamento degli avvolgimenti (dovrebbe rimanere sopra 1 GΩ); Rilevamento cortocircuito da una svolta all'altra tramite confronto della risposta all'impulso.

4. Resistenza di isolamento (E) e indice di polarizzazione (PI)

Applicato a 500 V o 1,000 V CC per 10 minuti. IR a 1 minuto e 10 vengono registrati i minuti; l'indice di polarizzazione (PI = IR₁₀/IR₁) indica lo stato dell'isolamento. PI di seguito 1.0 indica contaminazione o umidità; sotto 2.0 merita ulteriori indagini. Per motori di nuova produzione, PI sopra 4.0 è previsto.

5. Invecchiamento termico e resistenza all'umidità

Test di convalida della classe di isolamento secondo IEC 60034-18-32 esporre i campioni avvolti alla termica combinata (155–180°C a seconda della classe) e umidità (95% RH) ciclismo misurando l’attività PD a intervalli regolari. Il fallimento è definito come un aumento della magnitudo PD che supera un fattore 10× rispetto al valore iniziale, o IR che scende di seguito 100 Mω.

Configurazione del banco prova per prove di isolamento ad alta tensione

UN 800 Il banco di prova dell'isolamento del motore di trazione V deve soddisfare i requisiti di sicurezza dell'alta tensione (cella di prova schermata con messa a terra, accesso interbloccato, Segnaletica di avvertimento alta tensione secondo IEC 61010-1), insieme all'elettronica di misurazione PD di precisione che è essa stessa immune alle EMI a banda larga generate dagli eventi PD oggetto di misurazione. Cavi coassiali schermati, Sale prova a tenuta RF, e gli amplificatori a banda stretta sintonizzati sulla gamma 40–1.000 kHz sono standard. Se il tuo programma EV richiede test di qualificazione dell'isolamento per 400 V o 800 Motori di trazione a V, il nostro team di ingegneri può supportare l'intero IEC 60034-18-41 digitare il programma di test. Contattaci per discutere le specifiche di isolamento e i requisiti di tensione di prova.