电机的线包测试

电机的绕组在制造过程中需要经过绕线——嵌线——整形——绑扎——浸漆——烘焙等多道工序，如果是成型绕组还要增加涨型、敲型、包带、模压等工序，各工序之间还要经过多次流转，这些工序间对绝缘都会产生不良影响。因此工序间的绝缘检测至关重要。关于绕组的绝缘检测包括绝缘电阻、绝缘耐压、介损、局部放电等项目，其中最常见的检测项目是绝缘电阻和绝缘耐压试验，绝缘耐压试验又包括相间耐压、对地耐压、匝间耐压等多个子项目，这些试验所用的仪器、检测原理、试验方法也各不相同。由于其它试验项目如绝缘电阻、对地耐压、相间耐压、介损等项目的试验方法和原理比较简单，这里不做重点介绍，唯有匝间耐压试验的原理和试验方法较为复杂，许多同学不明白为什么匝间耐压不能像对地耐压那样直接施加试验电压，而要看“波形”！

绝缘是电气设备的命脉，电气设备的寿命很大程度上取决于绝缘的寿命，一旦绝缘失效，轻则停机大修影响使用，重则机毁，因此在制造过程中和出厂试验时，绝缘检测是必不可少的关键内容。电气设备的绝缘按功能分可分为：对地绝缘、相间绝缘、匝间绝缘等，其中对地绝缘和相间绝缘在设备正常工作时承受相电压和线电压，在故障、误操作等特殊情况下还要承受比正常工作电压更高的电压，因此也称其为主绝缘。主绝缘除了保证设备正常工作外，还承担着设备和人身安全的作用，一旦主绝缘损坏造成的后果往往非常严重，因此主绝缘也是电气设备在设计、制造和检测方面格外需要注意的。对于电机的主绝缘，往往采用云母带、NMN（或NHN）复合材料、电工薄膜等高电阻率、耐压强度高的绝缘材料制成。除了主绝缘外，电气设备往往包含线圈或绕组等部件，这些部件是由电磁线经多圈（匝）绕制而成，设备运行时匝与匝之间电位不同，因此也需要绝缘，该绝缘称为匝间绝缘，由于设备运行时相电压或总电压是分配到各匝之间分别承担的，因此匝间的工作电压往往比相电压和线电压要低一些，但也有一些情况下并不是相邻两匝相互挨着，也可能首匝与末匝挨在一起，比如在同一个槽内的散嵌绕组，就有可能首匝与末匝挨在一起，因此匝间绝缘也可能承受相电压，这就要求匝间绝缘必须按能够承受相电压来设计，通常匝间绝缘采用电磁线本身自带的绝缘层来承担，对于漆包线匝间绝缘就是漆包线的漆膜，对于各种绕包线就是其绕包的绝缘材料。

对地绝缘和相间绝缘，由于绝缘两边的导体被绝缘结构分隔，而绝缘材料的电阻极大，施加试验电压后漏电流和电容电流（对交流耐压试验）很小，因此可以直接将试验电压直接施加到绝缘结构两边的导体上，并可以维持一定的时间。匝间绝缘就不同了，匝间绝缘的两端是同一个线圈的不同匝（或相邻匝），而不同匝之间的导体是相互连通的，即匝间绝缘两端的导体是同一个导体，运行时不同匝之间存在电位差，但在静电场下导体处处是等电位的。如果在线圈不同匝之间施加一个很高的直流试验电压，由于导体的直流电阻很小，相当于把试验电压短路，根据欧姆定律I=U/R，必然会产生极大的试验电流，可能还没等考核出绝缘的耐压，线圈和试验设备就会因过热而冒烟！即使是施加交流试验电压，由于试验电压极高，线圈的磁路会极度饱和，使得线圈的电感很小，同样也会产生极大的试验电流而使线圈和设备瓦塌杆P烧毁！因此在做匝间耐压试验时不能像做对地耐压试验那样，直接在同一个线圈的不同匝之间持续施加一个很高的试验电压！

有以下几种办法：把被试线圈作为变压器的副边，并开路。在原边施加一个交流电压，利用变压器原理，在被试线圈上感应一个试验高压，由于被试线圈为开路状态，不会产生电流，因此可以维持一定的试验时间。这种方法有一定的局限性，一是只能在线圈零件上进行，一旦线圈嵌入槽内就无法再用此办法试验了，因此它只能用于对线圈零件的检验，不能进行定转子部件检验，更不能在整机上进行；二是这种方法只适用于成型线圈的检验，因为成型线圈相邻匝的位置相对固定，嵌线前后匝间相对位置不会有太大变化；散嵌线圈则不然，嵌线前后各匝的相对位置是不一样和不确定的，因此嵌线前用此方法试验没有意义；三是根据变压器原理，被试线圈上产生的试验电压U2=(N2/N1)U1，要想使被试线圈上感应出足够高的试验电压U2，要么提高原边电压U1；要么减小原边匝数N1，无论采取上述哪一种方法都势必需要变压器铁心很大。因此这种方法只适用于被试线圈匝数比较多的情况，否则被试设备会非常庞大，以至于无法满足试验要求，即使是被试线圈匝数较多，但往往线圈匝数多时额定电压也较高，所需要的试验电压也较高，同样存在上述所说的试验设备庞大的问题，为了不使铁心过饱和，还可以提高电源频率来提高电压，但这必然会使试验设备更加复杂。这种试验方法只能在某些特定的场合才适用。

短时升高电压试验就是在电机装成整机后，在空载状态下施加高于电枢额定电压（通常是1.3Un）的试验电压，短时运行几分钟。对于电励磁同步电机可以通过提高励磁电流来实现短时升高电压，为了不使磁路过于饱和，还可以适当提高转速，通常这项试验结合超速试验一起进行；对于永磁电机可以通过提高转速和直接升高电压的方法达到短时升高电压的目的；对于异步电机则直接升高电源电压进行试验。国家标准中规定可以用短时升高电压和匝间冲击电压法两种方法任意一种来考核匝间绝缘耐压。在没有发明匝间耐压测试仪以前，通常都是采用短时升高电压的方法来考核匝间耐压的。短时升高电压试验也有其局限性，那就是必须在整机上进行，工序间无法检测。由于匝间绝缘两端是同一根导体，不能在其两端持续施加较高的试验电压，只能在极端的时间内施加高压，即所谓的匝间冲击耐压试验。匝间冲击耐压试验是将匝间冲击耐压试验仪产生的高压脉冲施加到线圈两端，来考核线圈匝间绝缘承受高电压的能力，通过线圈两端的电压响应波形来判断匝间绝缘是否存在质量问题和质量隐患。

所谓耐压试验就是在绝缘材料或绝缘结构的两端施加一定的电压，并维持一定的时间，考核绝缘材料和结构承受电场强度的能力，考虑到电气设备运行时的各种误操作、故障工况等特殊情况，为保证绝缘的寿命和可靠性并有一定的设计裕度，同时为了减少试验时间，通常施加的试验电压要远高于正常运行时的工作电压，达到正常工作电压的数倍乃至十余倍。按施加的试验电压种类分，耐压试验可分为交流耐压试验和直流耐压试验。