Testowanie izolacji uzwojenia silnika i częściowego rozładowania układów napędowych EV 800 V

800Architektury V EV podnoszą poprzeczkę w zakresie testowania izolacji

Przesunięcie od 400 V do 800 Architektury V EV — zademonstrowane przez Porsche Taycan, Hyundaia IONIQ 5 i EV6, Zróbmy EV6, Audi Q8 e-tron, i obecnie rozprzestrzenia się na popularne samochody osobowe – przekształciło izolację uzwojenia silnika z rutynowej kontroli produkcyjnej w kluczowe działanie inżynieryjne w zakresie niezawodności. Na 400 V, częściowe rozładowanie (PD) w izolacji uzwojeń był niewielkim problemem, który ujawnił się przez lata eksploatacji. Na 800 Napięcie szyny V, z przełączaniem wysokiej częstotliwości z falowników SiC generujących skoki napięcia o wartości szczytowej 1600–2000 V, wyładowania niezupełne mogą pogorszyć izolację z rzędu w ciągu miesięcy, a nie lat.

W artykule skupiono się na specyficznych metodach badań izolacji i wyładowań niezupełnych, istotnych dla silników trakcyjnych pracujących w wysokonapięciowych układach napędowych pojazdów elektrycznych – jest to temat odrębny od ogólnych testów produkcyjnych silników i często słabo rozumiany przez inżynierów, którzy pracowali głównie z 230/400 V maszyny przemysłowe.

Czym jest wyładowanie częściowe i dlaczego jest to ważne

Wyładowanie niezupełne to miejscowe przebicie dielektryka w systemie izolacji, które nie powoduje natychmiastowego wypełnienia szczeliny między elektrodami — kończy się przed całkowitym przeskokiem płomienia. W uzwojeniu silnika, Wyładowania niezupełne zwykle inicjują się w małych kieszeniach powietrznych uwięzionych pomiędzy sąsiednimi zwojami drutu magnetycznego, pomiędzy izolacją zwojową a lakierem impregnującym, lub na wkładce gniazda do interfejsu miedzianego. Każde zdarzenie PD jest małe (pikokulomby przeniesienia ładunku, czas trwania nanosekund), ale skumulowany efekt milionów zdarzeń na sekundę przy wysokiej częstotliwości przełączania powoduje degradację izolacji w wyniku erozji chemicznej i śledzenia powierzchni.

Krytycznym progiem jest napięcie początkowe wyładowania częściowego (PDIV) — napięcie, przy którym po raz pierwszy pojawia się wyładowanie niezupełne. Dla dobrze zaprojektowanego 800 Uzwojenie silnika trakcyjnego V, PDIV (mierzone na zaciskach silnika) musi znacznie przekraczać najgorszy skok napięcia falownika obserwowany podczas pracy. Z falownikami SiC osiągającymi wartości dV/dt 20–50 kV/µs i amplitudy dzwonienia 1,5–2× napięcie szyny DC, A 800 System V rutynowo wystawia izolację uzwojenia na stany nieustalone 1600–2400 V.

Obowiązujące standardy i ramy testów

Podstawowymi standardami międzynarodowymi są:

• IEC 60034-18-41: Badania kwalifikacyjne i odbiorcze układów izolacyjnych silników zasilanych z przetwornic – definiuje Typ I (termoplastyczny) i typu II (termoutwardzalne) metodyki oceny.
• IEC 60034-18-42: Testy kwalifikacyjne i akceptacyjne na poziomie maszynowym dla maszyn zasilanych z konwertera.
• IEC 60270: Standardowy obwód pomiarowy do pomiaru wyładowań niezupełnych (metoda referencyjna).
• IEC 62539 / IEEE 930: Przewodnik po analizie statystycznej danych dotyczących wytrzymałości napięcia izolacji elektrycznej.

Podstawowe elementy testowe

1. Hipot AC / Test dielektryczny wysokiego potencjału

Podstawowy test odbiorczy — przyłożyć na jedną minutę napięcie znacznie wyższe od znamionowego napięcia roboczego między uzwojeniem a ramą. Według IEC 60034-1, napięcie testowe jest zazwyczaj 2 × napięcie znamionowe + 1,000 V (AC RMS) Lub 1.7 × do ponownego sprawdzenia po serwisie. dla 800 System V, to przekłada się na 2,600 V AC RMS. Wynik pomiaru jest pozytywny/negatywny — każdy prąd upływowy przekraczający próg (zazwyczaj 10 mA AC lub zgodnie z zaleceniami producenta silnika) oznacza awarię izolacji.

Kluczowe wskaźniki: Prąd upływowy vs. czas; czas na załamanie (jeśli używany jest protokół rampowania); zaliczenie/niepowodzenie vs. próg projektowy.

2. Pomiar napięcia początkowego i wyładowania częściowego

Podczas testu uzwojenie silnika jest zasilane napięciem sinusoidalnym lub jednobiegunowym (według IEC 60034-18-41 Załącznik A), rozpoczynając się poniżej oczekiwanego PDIV i narastając w kontrolowanym tempie. Kondensator sprzęgający i detektor wyładowań niezupełnych (skalibrowany w pikokulombach zgodnie z IEC 60270) monitorować uzwojenie. PDIV rejestruje się jako napięcie, przy którym ładunek pozorny zostaje po raz pierwszy przekroczony 10 komputer (lub próg specyficzny dla aplikacji). Napięcie wygaszania częściowego wyładowania (PDEV) mierzy się na rampie opadającej.

Kluczowe wskaźniki: PDIV (szczyt kV); PDEV (szczyt kV); pozorna wielkość ładunku przy 110% PDIV; różnica między PDIV i PDEV (histereza).

3. Powtarzalne testowanie impulsów (Testowanie przepięć)

IEC 60034-18-41 Procedura typu I wykorzystuje powtarzalne jednobiegunowe impulsy napięcia z kontrolowanym czasem narastania (między 0.1 µs i 2 µs) do symulacji zdarzeń przełączania falownika. Uzwojenie silnika poddawane jest milionom impulsów o poziomie napięcia odpowiadającym najgorszemu skokowi roboczemu; Aktywność wyładowań niezupełnych i temperatura uzwojenia są przez cały czas monitorowane. Badanie wytrzymałościowe w podwyższonej temperaturze (zazwyczaj 20°C powyżej znamionowej temperatury uzwojenia) i podwyższone napięcie (110–130% znamionowego napięcia szczytowego) kompresuje czas trwania testu, wykorzystując modele przyspieszenia Arrheniusa i odwrotnego prawa potęgowego.

Kluczowe wskaźniki: Liczba impulsów do zmiany PDIV ±10%; trend rezystancji izolacji uzwojeń (powinien pozostać powyżej 1 GΩ); wykrywanie zwarć na zakręcie poprzez porównanie odpowiedzi impulsowej.

4. Rezystancja izolacji (I) i wskaźnik polaryzacji (LICZBA PI)

Zastosowano o godz 500 V lub 1,000 V DC dla 10 protokół. IR o godz 1 minuta i 10 minuty są rejestrowane; indeks polaryzacji (PI = IR₁₀/IR₁) wskazuje stan izolacji. PO poniżej 1.0 wskazuje na zanieczyszczenie lub wilgoć; poniżej 2.0 wymaga dalszych badań. Do nowych silników produkcyjnych, PI powyżej 4.0 jest oczekiwane.

5. Starzenie się cieplne i odporność na wilgoć

Testy walidacyjne klasy izolacji zgodnie z IEC 60034-18-32 wystawiać próbki uzwojenia na połączone działanie termiczne (155–180°C w zależności od klasy) i wilgotność (95% PRAWA) jazdę na rowerze, mierząc aktywność PD w regularnych odstępach czasu. Awarię definiuje się jako wzrost wielkości WNZ przekraczający współczynnik 10× w stosunku do wartości początkowej, lub IR spada poniżej 100 MΩ.

Konfiguracja stanowiska testowego do testowania izolacji wysokonapięciowej

Jakiś 800 Stanowisko do badania izolacji silnika trakcyjnego V musi spełniać wymagania bezpieczeństwa WN (uziemiona, ekranowana komora testowa, zablokowany dostęp, Oznakowanie ostrzegawcze wysokiego napięcia zgodnie z IEC 61010-1), wraz z precyzyjną elektroniką pomiaru wyładowań niezupełnych, która sama w sobie jest odporna na szerokopasmowe zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez mierzone zdarzenia wyładowań niezupełnych. Ekranowane kable koncentryczne, Pomieszczenia testowe odporne na promieniowanie RF, oraz wzmacniacze wąskopasmowe dostrojone do zakresu 40–1000 kHz są standardem. Jeśli Twój program pojazdów elektrycznych wymaga testów kwalifikacyjnych izolacji dla 400 V lub 800 Silniki trakcyjne V, nasz zespół inżynierów może wspierać pełną IEC 60034-18-41 program do testowania typu. Skontaktuj się z nami aby omówić specyfikację izolacji i wymagania dotyczące napięcia testowego.