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800V高压对电机的影响

800V电驱动是一个编制性的话题,关于电机而言,挑拨的偏向闭键盘绕高速、高压、散热,关于量产而言,小型化和低本钱也是考量的一个方面。关于高压个别而言,最直接的影响便是轴承电侵蚀和定子绕组耐压本领。

电驱编制采用PWM操纵电道,本质事情中因为高压电回道中存正在杂散电感,而正在二极管紧闭的进程中,杂散电感因改观的电流会形成感受电压,即电压振荡。

比拟400V的硅基IGBT产物,800V产物不但电压平台晋升,处于效力考量一样会采用碳化硅基MOSFET。di/dt值更高,电压振荡幅度也更大。电压振荡幅度变大会带来两个题目,轴承电侵蚀和绕组个人放电。

因为电机绕组中性点电压正在自便时候都不为零,正在PWM变频供电时,定子绕组与壳体、定子绕组与转子、转子与定子死心以及轴承酿成共模通道的等效电道,即共模电压。共模电压的值与电机母线电压成正比,频率受逆变器载波频率影响。

关于轴承而言,动作等效电道的一个别,等比例酿成对地电压。正在轴承油膜完全的景况下,轴承对地电压和电机共模电压之比界说为BVR。跟着电压平台的晋升,BVR也会一贯增大,即800V平台BVR值高于400V平台。

此外,共模电压形成轴对地电压的同时,还会形成高频感受轴电压,进而形成共模电流,天生共模磁通,通过共模磁通形成感受轴电压。共模电流的流经道道为通过定子绕组进入电机,流经硅钢片,通过电机外壳接地流出。

正在电机转速较低或者长时代运转轴承温度较高时,轴承润滑和绝缘机能不够或降低,加之800V电压平台的晋升,便会击穿轴承油膜,危害其绝缘性,进而正在正在轴承中会酿成轴承电流。轴电流个人放电会形成高温,危害轴承皮相平整度,俗称轴承电侵蚀。轴承电侵蚀后会影响轴泰平常运转,形成噪声、振动,最终使得轴承全部失效。

轴承电侵蚀酿成的素质是由于轴承电压的存正在酿成轴电贯通过轴承,因为共模电压的存正在,因而轴电压是无法避免的。因而规避轴承电侵蚀的的形式便闭键有两个偏向,一是增补旁道电回道,轴电贯通过旁道电回道,绕过轴承;二是采用电绝缘轴承。

华为曾正在2021年4月申请用来办理电侵蚀困难的专利,基础道理为通过增补旁道电回道,避免电流流过轴承。

整体计划为通过正在导电轴承的内圈中穿设导电柱,并将导电柱的外侧壁与导电轴承的内圈过盈配合,导电柱另一端接地。本质运转中轴电流直接通过导电柱接地,电流欠亨过轴承,从而避免轴承电侵蚀。该计划最大的难点正在于导电柱与轴承配合连绵。华为采用的思绪与特斯拉相同,只是为了专利规避,采用差别构造计划。

以舍弗勒为代表的轴承企业则推出电绝缘轴承来避免轴承电侵蚀。与古板轴承比拟,电绝缘轴承无论是正在外圈如故内圈均涂有绝缘涂层。涂层处分工艺为等离子喷涂工艺。下图为差别类型的电绝缘轴承先容。

高电压对电机绕组的绝缘性提出了更高的耐压挑拨,措置失当便会正在绝缘个人区域抵达击穿场强,加倍是带电体的尖端相近,酿成个人放电,热烈的个人放电会危害绕组铜线的绝缘机能,酿成短道,激发电机失效。为了切确丈量和评判绕组铜线的绝缘机能,常用PDIV(个人放电肇始电压)来动作评判参数。关于800V电机而言,铜线的PDIV央求以至需求抵达7KV。除PDIV外,外层绝缘漆还需餍足耐电晕的央求,电晕是因为导线皮相的电压强度很高,惹起气氛电离而发作的放电表象。素质也是克制个人放电对漆膜的危害。(下文咱们将以PDIV为闭键央求打开咨议)。

消重个人放电的技术大要有三个偏向。一是消重电压,二是削减铜线曲率半径小的个别,三是晋升铜线皮相绝缘机能,即晋升PDIV值和耐电晕机能。关于电机而言,偏向一基础弗成取,偏向二只可个别优化,无法针对性做强大纠正,因而偏向三晋升铜线的皮相绝缘机能是中心咨议偏向。

从公式可能看出,PDIV与绝缘质料厚度成正比,与质料相对介电常数成反比。因而晋升绕组的PDIV值也从这两个方素来打开-增补绝缘漆厚度或者采用低介电常数的质料。为保障铜线诈骗效力的最大化,目前的工夫偏向为正在尽量不增补漆膜厚度的景况下采用新型低介电常数的质料,另外正在皮相增补耐电晕涂层来避免消重个人放电带来的危险。

目前常用的绝缘漆质料有聚酰胺酰亚胺漆(PAI)、聚酰亚胺漆(PI)、聚酯亚胺漆(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)。

因为PI质料介电常数较低,精达、金杯电工等企业采用的PI绝缘外加耐电晕漆膜的计划,也称厚漆膜的形式告竣。如精达股份采用的是PI+耐电晕P(A)I的形式晋升PDIV和耐电晕机能。凭据精达股份先容,采用该种构造的漆包扁线 μm驾御,常温PDIV可达2200Vp以上,同时耐电晕机能能抵达100小时以上。金杯电工同样采用该计划,而且针对厚漆膜平均性和附着性差的题目,采用耐电晕PI薄膜烧结工艺。

厚漆膜的道道虽较为容易告竣,但加工进程需求众道涂覆、烘烤,产物偏爱度较大,尺寸同等性较差,后续加工漆膜开裂危害增补,进而影响PDIV机能。PEEK质料具有耐高温、耐侵蚀、较好的机器机能等特点,因而是漆膜薄化的闭键行使质料。国内佳腾电业、日本古河电工采用的是PEEK线工夫道道。与厚漆膜道道比拟,PEEK质料采用挤出工艺(中心层仍选用PI或者PAI),平均性和同等性更优。

但PEEK线的本钱和后续加工难度目前均高于厚漆膜道道。目下PEEK线的症结专利归日本古河电气总共。

闭于他日,现正在很难直接下定论厚漆膜和PEEK线简直定性。单从本钱方面考量,厚漆膜道道更容易正在子民车型上洪量行使,PEEK线则闭键行使正在高溢价车型上。

最初至极感激“油滑的jinx”,助我解答了许众疑难。因为经历有限,文中有不够之处还请体贴。高压电机是一个编制的工程,由于除高压外,高速、油冷也带来了新的挑拨。本文中心对高压个别举办了少少大略的咨议,最终工程的量产落地如故需求行业内企业配合的勉力。

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作者: sheep

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