Испытание изоляции обмоток двигателя и испытания на частичный разряд для систем привода электромобилей напряжением 800 В

800V Архитектура электромобилей повышает ставки для испытаний изоляции

Переход от 400 В до 800 V Архитектура электромобилей — продемонстрировано Porsche Taycan, Хюндай ИОНИК 5 и EV6, Давайте EV6, Ауди Q8 е-трон, и теперь распространяется на автомобили массового производства — превратило изоляцию обмоток двигателя из рутинной производственной проверки в критически важную деятельность по обеспечению надежности.. В 400 V., частичный разряд (ПД) изоляция обмоток была незначительной проблемой, проявившейся за годы эксплуатации.. В 800 Напряжение шины В, с высокочастотным переключением от SiC-инверторов, генерирующих скачки напряжения пиком 1600–2000 В., Частичный разряд может ухудшить межвитковую изоляцию за месяцы, а не за годы..

В этой статье основное внимание уделяется конкретным методам испытаний изоляции и частичного разряда, применимым к тяговым двигателям, работающим в высоковольтных трансмиссиях электромобилей. Эта тема отличается от общих испытаний при производстве двигателей и часто плохо понимается инженерами, которые в основном работали с 230/400 V промышленные машины.

Что такое частичный разряд и почему это важно

Частичный разряд — это локальный пробой диэлектрика в системе изоляции, который не сразу перекрывает межэлектродный зазор, а останавливается до полного пробоя.. В обмотке двигателя, ЧР обычно возникает в небольших воздушных карманах между соседними витками магнитного провода., между витковой изоляцией и пропиточным лаком, или на вкладыше слота для медного интерфейса. Каждое событие ЧР небольшое. (пикокулон переноса заряда, наносекунды по продолжительности), но совокупный эффект миллионов событий в секунду при высокой частоте переключения ухудшает изоляцию из-за химической эрозии и трекинга поверхности..

Критическим порогом является начальное напряжение частичного разряда. (ПДИВ) — напряжение, при котором впервые возникает ЧР. Для хорошо продуманного 800 V обмотка тягового двигателя, ПДИВ (измерено на клеммах двигателя) должно с комфортом превышать пик напряжения инвертора в худшем случае, наблюдаемый при эксплуатации.. Благодаря SiC-инверторам значения dV/dt достигают 20–50 кВ/мкс, а амплитуда звона в 1,5–2 раза превышает напряжение шины постоянного тока., а 800 Система V обычно подвергает изоляцию обмоток переходным напряжениям 1600–2400 В..

Применимые стандарты и среда тестирования

Основными международными стандартами являются:

• МЭК 60034-18-41: Квалификационные и приемочные испытания систем изоляции двигателей, работающих от преобразователя — определяет тип I. (термопластик) и Тип II (термореактивный) методологии оценки.
• МЭК 60034-18-42: Машинные квалификационные и приемочные испытания машин с преобразовательным питанием.
• МЭК 60270: Стандартная измерительная схема для измерения частичных разрядов (эталонный метод).
• МЭК 62539 / IEEE 930: Руководство по статистическому анализу данных о выносливости электрической изоляции под напряжением.

Основные тестовые задания

1. AC Хипот / Высокопотенциальный диэлектрический тест

Базовое приемочное испытание — подайте напряжение, значительно превышающее номинальное рабочее напряжение, между обмоткой и корпусом в течение одной минуты.. Согласно МЭК 60034-1, испытательное напряжение обычно 2 × номинальное напряжение + 1,000 V. (Среднеквадратичное значение переменного тока) или 1.7 × для повторного тестирования после обслуживания. Для 800 Система V, это переводится как 2,600 В переменного тока, среднеквадратичное значение. Измерение проходит по принципу «годен/не пройден» — любой ток утечки превышает пороговое значение. (обычно 10 мА переменного тока или согласно указаниям производителя двигателя.) указывает на нарушение изоляции.

Ключевые показатели: Ток утечки против. время; пора разваливаться (если используется протокол линейного изменения); пройти/не пройти против. расчетный порог.

2. Измерение напряжения возникновения и гашения частичного разряда

В ходе испытания на обмотку двигателя подается синусоидальное или униполярное напряжение. (согласно МЭК 60034-18-41 Приложение А), начиная с уровня ниже ожидаемого PDIV и наращивая контролируемую скорость. Конденсатор связи и детектор ЧР (калибровано в пикокулонах согласно IEC 60270) следить за обмоткой. PDIV записывается как напряжение, при котором кажущийся заряд впервые превышает 10 ПК (или пороговое значение для конкретного приложения). Напряжение гашения частичного разряда (ПДЕВ) измеряется на нисходящей рампе.

Ключевые показатели: ПДИВ (кВ пиковое); ПДЕВ (кВ пиковое); кажущаяся величина заряда при 110% ПДИВ; разница между PDIV и PDEV (гистерезис).

3. Повторяющееся импульсное тестирование (Испытание на перенапряжение)

МЭК 60034-18-41 В процедуре типа I используются повторяющиеся однополярные импульсы напряжения с контролируемым временем нарастания. (между 0.1 мкс и 2 мкс) для моделирования событий переключения инвертора. Обмотка двигателя подвергается воздействию миллионов импульсов при уровне напряжения, представляющем собой наихудший скачок напряжения в процессе эксплуатации.; Активность частичного разряда и температура обмотки контролируются на протяжении всего процесса.. Испытание на долговечность при повышенной температуре (обычно на 20°C выше номинальной температуры обмотки) и повышенное напряжение (110–130 % номинального пикового напряжения) сокращает продолжительность испытаний за счет использования моделей ускорения Аррениуса и обратно-степенного закона.

Ключевые показатели: Количество импульсов для изменения PDIV ±10%; Тенденция сопротивления изоляции обмоток (должно оставаться выше 1 ГОм); обнаружение межвиткового короткого замыкания посредством сравнения импульсных характеристик.

4. Сопротивление изоляции (И) и индекс поляризации (ПИ)

Применяется в 500 В или 1,000 В постоянного тока для 10 минуты. ИК в 1 минута и 10 минуты записываются; индекс поляризации (ПИ = ИК₁₀/ИК₁) указывает на состояние изоляции. ПИ ниже 1.0 указывает на загрязнение или влажность; ниже 2.0 требует дальнейшего расследования. Для новых серийных двигателей, ПИ выше 4.0 ожидается.

5. Термическое старение и устойчивость к влажности

Проверочные испытания класса изоляции согласно IEC 60034-18-32 подвергать образцы обмоток комбинированному термическому (155–180°C в зависимости от класса) и влажность (95% относительной влажности) езда на велосипеде при измерении активности ПД через регулярные промежутки времени. Отказ определяется как увеличение величины ЧР, превышающее 10-кратное значение от первоначального значения., или ИК падает ниже 100 МОм.

Установка испытательного стенда для испытаний изоляции высокого напряжения

Ан 800 Стенд для испытания изоляции тягового двигателя V должен соответствовать требованиям безопасности высокого напряжения. (заземленная экранированная испытательная камера, заблокированный доступ, Предупреждающие знаки высокого напряжения согласно IEC 61010-1), вместе с прецизионной электроникой для измерения ЧР, которая сама по себе невосприимчива к широкополосным электромагнитным помехам, генерируемым измеряемыми событиями ЧР.. Экранированные коаксиальные кабели, Испытательные помещения, защищенные от радиочастотных помех, и узкополосные усилители, настроенные на диапазон 40–1000 кГц, являются стандартными.. Если ваша программа электромобилей требует аттестационных испытаний изоляции для 400 В или 800 Тяговые двигатели V, наша команда инженеров может обеспечить полную поддержку IEC 60034-18-41 программа типовых испытаний. Связаться с нами чтобы обсудить ваши характеристики изоляции и требования к испытательному напряжению.