汽车行业解决方案
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电动汽车(EV)等搭载的逆变器驱动电机,因开关动作会产生瞬时高电压。若绕组部分长期发生局部放电,将导致绝缘劣化,可能引发短路、绝缘击穿甚至起火等重大事故。在制造阶段,通过绝缘电阻测量确认绝缘性能,并通过耐压测试(耐压测试)验证是否存在绝缘击穿。此外,局部放电测试能够检测潜在绝缘不良,从而提升电机的质量与安全性。为满足车载部件的高品质化需求,电机绕组在制造阶段实施的检测工序至关重要,而出货前不良品检出检测系统更是不可或缺。
局部放电测试的意义和课题
逆变器驱动电机的局部放电测试的必要性
驱动电机的逆变器电压一种以高速重复进行开关动作的波形。每次开关动作都会产生相当于开关电压约两倍的浪涌电压,导致电机绕组间承受瞬时高电压。这种浪涌电压的反复作用会加速绕组绝缘的劣化。
通常,当绝缘不良的绕组承受超过350V的电压时,就会发生局部放电。若电机绕组存在绝缘性能下降的部位,局部放电会持续发生,导致绝缘劣化加速。这种由局部放电引发的绝缘劣化最终可能演变为短路或绝缘击穿,进而造成起火等重大事故。局部放电测试能够在产品出厂前检测出此类潜在缺陷并加以排除。而传统的绝缘电阻测量、耐压测试及雷电冲击测试(脉冲测试)无法在绝缘尚未击穿时发现这些隐性故障。
若要将局部放电测试追加到现有测试系统中并获得可靠的测试结果,目前仍存在若干技术障碍。此外,产线负责人还需在综合考虑投资成本、测试时间及设备维护等因素的基础上,搭建出适合的测试系统。
局部放电测试的课题
测试的可重复性和噪声的影响
在生产线上进行局部放电(PD)测试时,容易受到环境噪声的影响,导致测量结果的可重复性降低。常规的电磁波检测方式易受噪声影响,特别是在噪声繁多的产线环境中问题尤为突出。
在致力于提升电机检测效率的生产线中,当采用将多个测试集中在一处进行的布局时,测试系统内部的布线复杂度会显著增加,这使得系统较以往更容易受到环境噪声的干扰。在进一步实现高效化的生产线上,多台电机并行检测已成为常规操作模式,由此产生的复杂化系统设计方案,使得噪声对检测结果的影响变得更为突出。
如何实施高可靠性局部放电测试与进行设计电机测试系统
为检测电机定子内存在的潜在不良,需实施交流局部放电(AC PD)测试与脉冲局部放电(脉冲PD)测试两种检测方法。在AC PD测试中,使用耐压测试仪与专用局部放电检测电路,对检测到的局部放电进行定量评估。此外,为减少环境噪声的影响,常采用带通滤波器(Band-pass Filter)。在脉冲PD测试中,通过脉冲线圈测试仪模拟逆变器浪涌电压,评估绝缘对瞬态高电压的耐受能力。尽管两种局部放电测试的检测方法等细节由IEC标准规定,但由于其检测的潜在绝缘不良类型不同,同时实施两种测试可更全面地评估。在产线等高噪声环境中进行脉冲PD测试时,采用高频CT的局部放电检测方式,较传统电磁波检测方式能显著提升测量稳定性。
在最新的电机检测生产线中,局部放电测试会与其他测试整合到同一个测量阶段,有时还会对多台电机同时进行测试。继电器盒通过切换高压测试与低压测试模式,实现对多种测试的整合控制。然而,为实现检测设备间的安全切换与精准测量,继电器盒的设计需要经过缜密考量。为最大限度抑制漏电流与噪声干扰,并实现高可靠性与安全性的切换操作,必须从材料选择、硬件结构强化及线路优化三方面入手。此外,高电压继电器的耐用性涉及到频繁更换操作对生产效率的负面影响,因此需纳入重点考量范围。选择符合严格绝缘要求且耐久性强的高压继电器,是减少设备停机时间的有效手段。
实现高效局部放电测试的HIOKI局部放电检测仪ST4200与高压继电器盒SW2001
支持多样的系统构成
通过组合使用局部放电检测仪ST4200与高压继电器盒SW2001,可构建能够安全切换多种测试项目与测试对象的自动化检测系统。SW2001内部集成交流局部放电(AC PD)与脉冲局部放电(脉冲PD)两种检测传感器,实现简洁的系统配置。测量对象不仅包括定子绕组,还可扩展至温度传感器。虽然可沿用客户现有测量设备,但统一采用HIOKI测量仪器能获得涵盖测量与校准的全方位技术支持。我们将根据客户需求的测试项目、电机连接端子数量及温度传感器配置数量,提供最优化的系统构成方案。
ST4200是一款可独立执行交流局部放电(AC PD)测试与脉冲局部放电(脉冲PD)测试的局部放电检测仪。该设备通过耐压测试仪及脉冲线圈测试仪施加测试电压,并利用PD传感器实现局部放电检测。其搭载带通滤波器功能,同时采用高频电流互感器(CT)技术,显著提升了抗干扰能力。ST4200严格遵循IEC标准进行局部放电检测,并可测量多种放电参数。设备支持数值与波形的实时观测,所有测量数据可直接存储至内部存储器。
交流局部放电(AC PD)测量:IEC 60270、IEC 60034-27-1
• PDIV、PDEV*及IEC标准规定的其它项目
* 仅在与耐压测试仪3153联动时适用
脉冲局部放电(脉冲PD)测量:IEC 61934、IEC 60034-27-5
• RPDIV、RPDEV、PDIV、PDEV及IEC标准规定的其它项目
显示功能
• 电压波形、PD脉冲监视器
保存功能
• 自动存储:数据序列、SBS格式图形图像
• 数据可存储至:SSD、USB、 SD
SW2001是一款高压继电器盒,不仅支持绝缘电阻测试、耐压测试、层间短路测试等测试项目,还可实现4端子低电压输入的绕线电阻测量与电感测量,是一款可集成6种检测功能的高压继电器盒。其搭载保护放电功能,可在高压测试与低压测试之间安全切换,有效防止测量仪器与DUT的损坏。
通道数(测试对象连接端子数量)
• SW2001-04(4通道),SW2001-08(8通道),SW2001-16(16通道),SW2001-24(24通道)
输入额定
• 耐压测试仪:AC 5 kV rms、DC 5 kV、7.071 kV peak
• 脉冲测试仪:8 kV peak
• 低电压4端子输入:AC 30 V rms、DC 60 V、42.4 V peak
允许最大脉冲电流:100 A peak
继电器寿命:开关次数500万次以上(参考值)
对测量精度的影响
• 绝缘电阻测量的精度影响:±2%(1 MΩ~1 GΩ)
• 交流局部放电(AC PD)测量的影响量:≤40 pC(施加3 kV时)