电动机驱动电动机绕组绝缘时间的计算

　　驱动马达是电动汽车的主要能量转换装置。组绝缘的使用寿命和可靠性对电动汽车的安全稳定运行有重要影响。响电动机绕组绝缘寿命的主要因素是电动机端和开关处的过电压的大小。率。文基于电动汽车的总体结构，建立了电动机侧电压应力的MATLAB仿真分析模型，研究了不同参数对电动机侧电压应力的影响。结合了几种不同的逆变器策略以提供绕组。算绝缘寿命的方法，并进行分析示例。文档中介绍的方法可用于预测和计算电动机绕组的绝缘寿命d电动机的驱动。组绝缘是发动机可靠性中最薄弱的环节之一，它将极大地影响发动机的可靠性[1-2]。致绕组绝缘老化的主要因素是电应力。了绝缘电动汽车驱动电机的绕组，电应力的两个主要因素是电机端子的电压幅度和PWM的开关频率[3-4]。组绝缘寿命的分析与工业牵引电动机具有相同的观点，但也存在一些差异。同的一点是，电气老化对电动汽车驱动电动机和工业牵引电动机具有相同的机理和相同的作用形式。
　　别在于，电动汽车的驱动电动机具有特定的运行条件，这使得其绕组绝缘的热应力不同于工业牵引电动机。于电动汽车驱动电机的实际结构，本文研究了PWM脉冲和逆变器策略产生的端子过电压幅度，全局影响开关频率并给出绕组绝缘的电老化寿命接近电动汽车的实际运行条件。模型基于电动汽车发动机的运行条件，计算了绕组绝缘的电气寿命。机端子的过电压不仅与端子的启动系数和反射系数有关，而且与电缆中入射波的传播速度，电缆的长度和电缆的上升时间有关。PWM脉冲等它也会极大地影响它[5-7]，并且上述因素由于电动汽车制造商之间的差异，功率的差异，很难一一分析所有的电动汽车驱动电动机。动电动机和车辆模型。们可以分析特定车辆模型的数据范围，对于最差的工作条件，给出电动机端子上的过电压极限值更为实用。PWM逆变器电源的电动机驱动系统中，开关装置的上升时间由其自身的性质决定，通常在数十至数百ns之间；另外，电动机电源电缆具有不同的形状，但通常长度不超过5 m。冲电缆的传输速度通常在100到200 m /μs之间，电机末端的反射系数通常在0.6到0.9之间，而在电动机端的反射系数通常在0.6到0.9之间。变器的一端通常为-1 [8]，假设母线电压为100 V，则电动机的三个Y形连接至相绕组。以上给出的参数范围的基础上，建立了电机电缆传输电缆的Matlab仿真模型，并对各种参数进行了仿真研究。拟搜索条件如下：电缆长度为5 m；电缆长度为5 m。PWM脉冲上升时间为150 ns；传输速度为100 m /μs； PWM脉冲的幅度为100 V；终端反射系数为0.6〜1；开始时的反射系数为-1。果如图1所示。图1中可以看出，由端子的不同反射系数产生的过电压比是不同的。
　　端子的反射系数减小时，端子的过电压呈现下降趋势。子的反射系数越高，过电压脉冲的衰减越慢。果端子的反射系数为1，相当于开路，则过电压将在传输线上无衰减地来回传输。PWM脉冲上升时间也会影响过电压，下面将模拟并分析不同脉冲上升时间所产生的端子电压。电缆长度为5 m； PWM脉冲上升时间为50到350 ns；传输速度为100 m /μs； PWM脉冲幅度为100 V；终端反射系数为0.8；初始反射系数为-1。

　　果如图2所示。图2可以看出，当PWM脉冲上升时间小于150 ns时，当PWM脉冲上升时间减小时，端子上的过电压率电动机的转矩减小，并且振荡的峰值电压逐渐向后移动，但是振荡周期基本不变。电缆长度或电磁波的传输速度发生变化时，也会影响驱动电机末端的电压。下是对不同长度电缆产生的端子电压的仿真研究，电缆长度为1至5 m； PWM脉冲上升时间为150 ns；传输速度为100 m /μs； PWM脉冲的幅度为100 V；端子的反射系数为0.8；将反射系数设为-1，结果如图3所示。图3所示，随着电缆长度的减小，机器端子上的过电压减小，峰值电压为。荡逐渐向前发展，振荡周期也呈下降趋势，这是由于电缆长度不同而引起的PWM脉冲传输时间不一致，因此振幅机器上叠加的张力不同。于传输时间是电缆中电磁波的传输速度和电缆长度的函数，因此在其他条件不变的情况下，过电压的幅度取决于到达时间之间的关系。果传输速度改变，则电动机过电压电缆长度变化的性质和趋势应相似，在此不再赘述。虑到以上分析，电缆诸如脉冲上升时间，反射系数和电缆长度之类的因素是决定电动机电动机端子上过电压量的主要因素。动机。分析电动机绕组绝缘的可靠性或计算老化寿命时，只要采用上述参数的极限值，就可以代表电动机最恶劣的工作条件d电动汽车驱动。

　　于AC电动机，不同的逆变器方法具有不同的RMS电压，并且使用DC电压存在问题，即DC总线电压与电机额定电压。文分析了电压型六阶波逆变器，SPWM和SVPWM逆变器的电压使用情况。不同的逆变器策略下，电动机绕组线电压的基本电压幅度与DC总线电压之间的关系是不同的，即DC总线电压确实线电压的基波电压的幅值与直流母线电压的比值不同。义为使用电压，可用直流电压的使用如表1所示。同的UPS策略具有不同的直流电源使用率对于同一台交流电机，要确保其标称输出功率，所需的最小总线电压有所不同。于具有相同标称电压的同一电动机，如果使用上述三种逆变器策略，则方波逆变器所需的直流母线电压最低，而直流电机所需的直流母线电压最低。SPWM逆变器最高；否则，如果使用相同的母线电压，则方波逆变器会导致电机绕组的最高线电压，这也会影响绕组的电应力，因此在分析绕组绝缘的使用寿命。施电老化模型。内外研究人员对绝缘体的电老化模型进行了广泛的研究。论如下：PWM脉冲的频率和峰值是影响绝缘寿命的两个主要因素。际上，快速的开关频率将增加绝缘材料的疲​​劳并引起快速老化。压峰值将加剧高频介电损耗，并且在绝缘部分中将产生较高的局部温度，这将导致使用寿命降低。缘老化模型和PWM脉冲频率满足逆功率定律的公式[9-10]。中：是考虑频率（h）时绕组绝缘的使用寿命；是测试常数；是频率（Hz）。果PWM逆变器施加到绕组绝缘的电压脉冲的幅度小于阈值以产生局部放电，则电老化模型也会响应功率定律关系反向[11]。中：是峰值电压为（h）时绕组绝缘的使用寿命；是峰值电压为（h）时绕组绝缘的使用寿命;通过实验确定的系数。类型中，分别是频率为的绕组绝缘子（h）的使用寿命和峰值电压。已知诸如UPS策略和母线电压之类的参数时，可以使用公式（3）计算绕组绝缘的电气寿命。外，当发动机运转时，热应力对绝缘的寿命有很大的影响[13]，因此必须考虑热应力对绝缘寿命的影响。用公式（4），可以计算出电动车辆的驱动电动机的绕组绝缘的电气寿命。

　　据上一节中电动汽车驱动电机绕组绝缘的电老化模型，可以预测和分析绕组绝缘在以下位置的电气寿命：标称温度升高。于由PWM逆变器驱动的电动机，匝之间的绝缘应力最重要的类型是电动机端部的瞬时电压变化；对于两电平逆变器，瞬时电压变化为l电动汽车电动机的末端是母线电压。PWM波形引起的过冲电压总和。设电动车辆驱动电动机的电动机的绕组由环氧树脂或云母绝缘材料制成。机的额定峰值电压为311 V，频率为50 Hz，由两级PWM逆变器供电。据电动汽车电压标准，可能的总线电压值范围为144 V，168 V，192 V和216V。这种情况下，超过电压限制的系数约为0.5开关频率可在1至20 kHz之间变化。据IEC发布的相关标准，无法获得相关系数的准确值。用时，大约为1，大约为10。
　　标称温度升高时，对应于不同开关频率和母线电压的绕组绝缘的估计寿命如图4所示。称温度如图4所示，随着母线电压的升高，绕组绝缘的使用寿命会迅速降低，因为本示例假定绕组绝缘的使用寿命为20，000 h在311 V时，当电动机端部的瞬时电压变化值超过311 V时，绝缘的寿命将随着电压的增加而减少一个数量级[14]；在相同的母线电压下，当开关频率增加时，不仅绝缘之间的放电场强度将增加，而且每单位时间的放电次数也将增加。大大增加了绝缘的寿命。选择电动马达时，基于对汽车性能的满意程度，降低母线电压值和开关频率可以延长电动汽车的使用寿命。组绝缘。
　　文使用PWM来模拟电动汽车驱动电机端子处的电压应力，并给出PWM开关频率，电压反射系数和电缆长度对振幅的影响。虑到不同的逆变器，电动机驱动电动机的过电压。策略结合绕组绝缘老化模型，给出了一种考虑到端子两端电压幅度的电动汽车驱动电机绕组绝缘持续时间的计算方法和开关频率。
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