모터 서지 전압 및 dV/dt 테스트: SiC 인버터 스위칭 과도 전류로부터 권선 보호

SiC 인버터가 권선 절연 요구 사항을 변경하는 이유

실리콘 카바이드 전력 반도체는 이전 실리콘 IGBT보다 2~10배 빠르게 전환합니다.. 400V 또는 800V EV 인버터의 SiC MOSFET은 100 나노초 — dV/dt (전압 상승률) 모터 단자에서 5~30kV/μs. 모터 권선은 기존 IGBT 드라이브 시대에 이런 종류의 전압 파면을 본 적이 없습니다., 단열 시스템은 이를 무한정 견딜 수 있도록 설계되지 않았습니다..

결과는 잘 문서화된 실패 모드입니다.: 서지 전압으로 인해 첫 번째 코일 슬롯의 처음 몇 바퀴에 걸쳐 전기장이 모터의 절연 등급 등급을 훨씬 초과하는 항복 값에 도달하게 됩니다.. 회전은 즉시 실패하지 않습니다. 점진적인 부분 방전 침식으로 인해 실패합니다., 결국에는 지락으로 이어지는 턴-투-턴 단락이 발생합니다.. 실패할 수 있는 시간은 다음과 같습니다. 50,000 보통 dV/dt 이하에서 시간 1,000 인버터와 모터 사이에 긴 케이블이 연결되어 극단적인 스위칭 속도로 몇 시간 동안 작동.

모터 서지 전압 테스트 및 dV/dt 특성화는 생산 모터가 현장 애플리케이션으로 배송되기 전에 이러한 오류 모드를 포착하는 예방 검증 도구입니다..

모터 권선의 서지 손상 뒤에 숨은 물리학

• 무작위 권선 코일의 전압 분포: 모터 단자에 빠른 전압 펄스가 도달하면, 전압은 코일의 모든 권선에 균등하게 분배되지 않습니다.. 코일의 라인 끝에서 첫 번째 회전은 첫 번째 나노초 동안 전체 펄스 진폭의 최대 50~80%를 확인합니다., 마지막 턴에는 거의 아무것도 보이지 않습니다.. 이 불균일 분포는 턴 간 커패시턴스 대 턴 간 인덕턴스의 비율(DC 또는 저주파 절연 테스트에서는 본질적으로 보이지 않는 권선 형상 매개변수)에 따라 달라집니다..
• 부분방전 개시: 턴투턴 전압이 부분방전 개시전압을 초과하는 경우 (PDIV), 전자 눈사태가 절연 표면을 침식하기 시작합니다.. 부분 방전은 절연체를 즉시 파괴하지 않으며 점차적으로 탄화 및 열화됩니다.. 각 인버터 스위칭 에지에서, PD 이벤트가 발생합니다; ~에 20 SiC를 사용한 kHz 스위칭 주파수, 즉 40,000 초당 PD 이벤트.
• 케이블 반사 증폭: 긴 모터 케이블 (~ 위에 10 미터) 인버터와 모터 사이가 전송선 역할을 합니다.. 모터 입력 단자의 임피던스 불일치로 인해 펄스가 반사됩니다., 인버터 출력 전압에 비해 모터 단자의 피크 전압을 효과적으로 두 배로 늘립니다.. 이러한 반사 현상은 동일한 절연 시스템을 갖춘 모터가 긴 케이블 설치에서는 급속히 고장날 수 있지만 짧은 케이블 응용에서는 무한정 살아남는 이유입니다..

모터 서지 전압 및 dV/dt 테스트를 위한 핵심 테스트 항목

1. 서지 전압 내력 테스트 (IEC 60034-18-41)

서지 테스트 발생기는 일반적으로 고전압 임펄스를 적용합니다. 1.2 μs 상승 시간, 50 μs 꼬리 - 인접한 회전 사이 또는 코일 섹션 사이. 적용되는 피크 전압은 IEC에 의해 정의됩니다. 60034-18-41 모터의 정격 전압 및 목표 신뢰성 카테고리를 기준으로. 690V 모터의 경우, 유형 I의 표준 내력 수준 (인버터 구동에는 적합하지 않습니다.) ~이다 1,300 V 피크; 유형 II (인버터에 적합) 최대 견딜 필요 2,000 플래시오버나 과도한 PD 활동 없이 5회 연속 펄스에 대한 V 피크.

주요 지표: 피크 내전압 (다섯), 플래시오버 없는 펄스 수, 시각적 플래시오버 임계값 전압 (다섯), PDIV (다섯).

2. 부분 방전 개시 및 소멸 전압 (PDIV / PDEV)

PD 검출기가 작동하는 동안 AC 전압은 0부터 천천히 증가합니다. (IEC에 따라 교정됨 60270) 충전 펄스에 대한 입력 단자를 모니터링합니다.. 반복 가능한 방전 이벤트가 처음 나타나는 전압은 PDIV입니다.; 감속 시 멈추는 전압이 PDEV입니다.. 800V EV 플랫폼의 SiC 인버터와 함께 사용하도록 고안된 모터용, 위의 PDIV 1,600 테스트 주파수에서의 V (일반적으로 50~200Hz) 적당한 마진을 제공. PDIV는 기압에 매우 민감합니다. 항공우주 응용 분야에서는 고도에서 PDIV 측정이 필요합니다. (4 kPa, 에 해당 25 IEC당 km 고도 60034-18-42).

주요 지표: PDIV (다섯), PDEV (다섯), 정격 작동 전압에서의 PD 전하 크기 (PC), 해당되는 경우 감소된 압력에서 PDIV (V 에 10 kPa).

3. dV/dt 내구성 테스트

모터는 실제 인버터 시스템에 의해 구동됩니다. (또는 목표 스위칭 속도를 복제하도록 프로그래밍된 테스트 인버터) 장기간 정격 부하에서 — 테스트 카테고리에 따라 일반적으로 500~2,000시간. 절연 저항은 시작 시와 정의된 간격으로 측정됩니다.. 권선 저항을 기록하여 턴 단락 현상을 감지합니다.. 테스트는 높은 온도에서 수행됩니다. (일반적으로 정격 온도 등급 제한보다 20°C 높습니다.) 물리적인 변화 없이 성능 저하 메커니즘을 가속화합니다..

주요 지표: 절연 저항 0 시간, 250 시간, 500 시간 (MΩ); 권선 저항 변화 (%); 아래의 절연 저항까지의 시간 1 MΩ (실패 기준).

4. 케이블 길이 반사 테스트

모터 단자는 대표적인 케이블 길이를 통해 테스트 인버터에 연결됩니다. 일반적으로 1 중 (기준선), 10 중, 그리고 30 m - 케이블의 특성 임피던스가 생산 케이블과 일치함. 모터 단자의 피크 전압은 고대역폭 차동 프로브로 측정됩니다. (≥100MHz) 인버터가 정격 dV/dt에서 전환되는 동안 각 케이블 길이에서. 인버터 출력 전압에 대한 피크 단자 전압의 비율은 반사 계수를 제공합니다. 위의 결과는 다음과 같습니다. 1.8 케이블 종단이 필요한 과도한 불일치를 나타냅니다., dV/dt 필터, 또는 모터의 서지 내성 등급 재설계.

주요 지표: 각 케이블 길이의 피크 단자 전압 (다섯), 반사계수, 모터 단자의 dV/dt (kV/μs), 공통 모드 전압 진폭 (다섯).

5. 생산 품질 관리를 위한 Turn-to-Turn 임펄스 테스트

생산 라인 테스트 중, 개별 코일은 저에너지 서지 발생기로 테스트됩니다. (에코테스트형 시험기) 진동 감쇠 파형을 모니터링하면서 하나의 코일에 500~2,000V 임펄스를 적용하는 장치. 인터턴 단락이 있는 코일은 건강한 코일과 특징적으로 다른 감쇠 곡선을 생성합니다. 즉, 공진 주파수가 이동하고 감쇠가 더 빠릅니다.. 통계적 공정 제어 한계는 양호한 코일 기준선 측정에서 설정됩니다.. 이 테스트는 코일당 1초 미만이 소요되며 완전 자동화된 생산 라인 통합과 호환됩니다..

주요 지표: 기준선과의 공진 주파수 편차 (%), 파형 상관 계수 대 기준, 턴 단락 감지 감도 (1 N 총 회전에서 단락된 회전).

SiC 애플리케이션을 위한 모터 절연 전략 구축

다른 모든 테스트를 대체하는 단일 서지 전압 테스트는 없습니다.. SiC 인버터와 함께 사용하도록 고안된 모터에 대한 완전한 절연 인증 프로그램은 다음과 같습니다.: IEC 60034-18-41 기본 자격을 위한 서지 내성, 실제 작동 dV/dt에 대한 마진을 확인하기 위한 PDIV 테스트, 목표 스위칭 주파수에서의 수명을 검증하기 위한 dV/dt 내구성 테스트, 제조 품질 게이트로서 모든 생산 단위에 대한 턴투턴 임펄스 테스트.

테스트 벤치는 전체 전압 범위(낮은 전압 PDIV 측정)를 처리해야 합니다. 100 V ~ 서지 내성 테스트 3,000+ V — 최대 스위칭 속도 10 kV/μs, 테스트 사이에 저장된 에너지를 안전하게 방전해야 합니다.. 고전압 안전 인터록, 보정된 PD 감지 전자장치, 자동화된 파형 비교 소프트웨어는 생산 가능한 서지 테스트 스테이션과 실험실 임펄스 발생기를 구별하는 기능적 요구 사항입니다..

SiC 인버터와 함께 사용할 모터 권선 시스템을 검증하는 경우, 또는 생산 라인 절연 테스트를 기존 AC 하이팟에서 서지 가능 테스트로 업그레이드해야 합니다., 우리 엔지니어링 팀에 문의하세요 전압 등급 및 생산량에 적합한 테스트 구성에 대해.