电动车 -电机绝缘材料寿命测试及国产化解决方案.pdf

朱英伟

电控是电力推进的“大脑”、电机是驱动交通电气化“心脏”。

绝缘系统（材料+结构）：实现电隔离，产生规则旋转磁场，实

现能量转换。

超过50%电气设备最终损坏体现为绝缘失效，绝缘系统是电机最

重要，也是最后一道安全保障。

导体：导电、导磁，为麦克斯韦方程中的电磁规范回路。

半导体：实现能量的灵活流动和调制，新能源装备的大脑。

绝缘体：起着电隔离作用，可靠的绝缘，才能实现可靠的电磁

能量转换。

（1）传统电机：接入交流电网，电源频率决定转速，不易调速、

不易启动、节能性差。

（2）变频电机：在传统电机前端接入电力电子，直流通过斩波

逆变成交流，达到基频无级可控，从而达到无级调速，更易启动，

更易调速，更节能。

（3）电机绝缘系统：100多年来，被设计成工作在直流或正弦交

流电压下。

（4）变频驱动电机：承受脉宽调制的高频脉冲方波电压，绕组

电应力已完全不同于传统正弦交流。

电动汽车驱动电机使用环境的要求：

热（T)：-40℃~150℃，频繁启停、加速、制动

电（E)：PWM电压下，高频、快速变化电压

环境（A)：海拔0~5000米，~50%大气压；油冷等

机械（M）：长期机械振动

宽禁带SiC器件，功率器件频率提升至12kHz，上升时间100

ns，带来功率密度提升、效率提升、环境噪音降低、充电速度提

升、拓扑结构简化等。

将会给未来电机绝缘带来挑战：

（1）绕组端部过电压、绕组电压分布不均

（2）局部放电概率增加，电热老化加剧

（3）端部主绝缘、相间绝缘结构更易承受电、热老化

高频驱动电机绝缘系统挑战

电气系统多于50%的最终损坏体现为绝缘失效

电机是EV的心脏，可靠的绝缘系统直接决定EV系统安全

类似人的身体，绝缘系统存在老化，具有绝缘寿命

SiC800VEV：高频、高压，绝缘面临巨大挑战

传统（正弦和直流）绝缘检测方法不再适用

行业缺乏模拟电动汽车实际工况绝缘测试手段

绝缘评估不当存在未来安全隐患

驱动电机系统高频脉冲给绝缘带来的挑战

（1）相比传统正弦，高频脉冲方波电压将加剧绝缘电老化

与正弦电压相比，重复脉冲电压下的放电更加剧烈

重复脉冲下的放电幅值是正弦下的7倍，耐电晕寿命为正弦下

的1/3

脉宽调制电平数增加，放电将逐渐减弱

（2）相比传统正弦，高频脉冲方波电压将加剧绝缘热老化

高频电压条件下：导体分布电容不可忽略，电介质极化损耗加强

和电场应力集中。

变频电机主要特点：绝缘承受具有陡上升沿的高频脉冲电压。会

加速线棒绝缘老化，增加机械磨损，同时由于频率高，增加了主

绝缘的容性电流，导致绕组局部温升偏高。

（3）相比传统正弦，高频脉冲方波电压将加剧电树老化

驱动电机绝缘系统测试技术

PDIV：PDinceptionvoltage(局部放电起始电压)

PDEVextinctionvoltage(局部放电熄灭电压)

（1）Good:局放理论上不存在，绝缘承受热老化；

（2）Soandso:如果有短时过电压存在，放电产生无法自然熄灭；

（3）Bad:终生存在局放，必须设计成TYPEII（二型）电机。

800V新能源汽车绝缘系统设计的原则，不应让绝缘系统长时间承受

局部放电。

正弦交流电压下PDIV检测方法

正弦下放电检测选用直测法：局部放电能量集中在低频段范围内

脉冲方波电压下PDIV测试存在的问题：

系统容量问题：容量不足，会导制PDIV对定子进行测试时，PDIV

升高

EMC问题：电源、电力电子器件、其他干扰会导致误认为PD产生

考虑环境因素、绝缘工艺、产线线损、老化等因素下PDIV的裕度

四川大学在电机绝缘测试方面开展的工作和取得的成果：

研制高频脉冲电压发生器（脉冲电源）

研制大功率、多通道耐电晕老化自动测试系统

研制局部放电检测传感器——阿基米德螺旋天线

研制柔性特高频UHF天线

构建PWM电老化寿命测试平台

模拟真实电控应力，对电机绝缘系统进行测试

（1）PWM参数对绝缘影响：开关频率(f)

研究电力电子器件的基频和开断频率参数对绝缘影响：

在相同载波频率下，耐电晕寿命随基波频率的增加而下降；

在相同基波频率下，耐电晕寿命随载波频率的增加显著下降。

（2）PWM参数对绝缘影响：脉冲上升时间(dv/dt)

PDIV测试：电动汽车匝