第一篇：電機與絕緣講稿

電 機 與 絕 緣

謝謝，同志們光臨這次討論，今天的主題是《電機與絕緣》，根據(jù)電機的種類，確定所用絕緣的品種和要求。目的是使我們能清楚地認識到，絕緣材料是如何為電機制造更好地服務。

電機是一種電能和機械能相互轉換的旋轉機械。已經成為人類創(chuàng)造動力的工具，是現(xiàn)代社會賴以生存的基本要素之一。絕緣結構是電機的心臟部分，而絕緣材料是構建電機心臟的關鍵組成。

隨著科學技術的高速發(fā)展，電機的種類增多且更專業(yè)化；容量增大且更高效；體積縮小且更降耗，綠色制造且更環(huán)保??

電機的分類按不同理念分類方式也不相同。今天按我們討論的需要分類：發(fā)電機和電動機。重點討論大型發(fā)電機及其所用的絕緣材料；特種電動機例如變頻電機、機車牽引電機及其所用的絕緣材料。請各位關注的是：不同類型電機所用的絕緣材料的差異和原因所在，以便對今后的工作有所幫助。

電機絕緣系統(tǒng)設計的基本原則 ：確保電機運行的可靠性和使用壽命（發(fā)電機不低于20年，一般多為30年，電動機為15年以上）。研究的重點是絕緣結構的最優(yōu)化；絕緣材料的最優(yōu)化；絕緣工藝的最優(yōu)化。可靠的、先進的、經濟的、環(huán)保的和可行的綜合效果組合是最終目的。公司有必要將其產品按照以上重點要求分類總結，分發(fā)給技術和銷售人員，認真學習、理解和體會，便于銷售工作和解決實際問題。

絕緣系統(tǒng)設計必須考慮產品在運行中要受到電、熱、機械、環(huán)境等作用因素的影響。通常，高壓電機（額定電壓在3kV以上）絕緣系統(tǒng)首先要考慮電壓的作用；而低壓電機絕緣系統(tǒng)首先要考慮熱的作用。當然，在實際設計中所有因素都應予以考慮，過分強調某一因素而忽視其他因素就可能導致設計錯誤。電機在運行中發(fā)生故障的主要原因是絕緣破壞，占總故障率的80%以上，所以電機在運行過程中發(fā)生故障首先想到的是絕緣，絕緣工作者們應該充分理解。

一.高壓電機的主要指標：

1.電機的容量——決定了電機重量和體積，可以估算出硅鋼片和銅導線的數(shù)量。2.電機的電壓等級——決定了電機對絕緣厚度的要求，代表著電機設計和制造的水平。

3.電機的電流密度——決定了電機的熱場設計和冷卻方式及絕緣結構的耐熱等級。4.主絕緣的厚度——可以估算出絕緣材料的總用量和采用的絕緣工藝。

法國A－A公司多膠模壓工藝單邊絕緣厚度（mm）的經驗計算公式：

di ＝0.20（1.05UN＋2）適用于汽輪發(fā)電機。

di ＝0.17（1.05UN＋2）適用于汽輪發(fā)電機。** UN 為額定電壓

電機定子線圈的主絕緣厚度主要根據(jù)三個方面因素來考慮：

（1）瞬時擊穿電壓的儲備系數(shù)，即瞬時擊穿電壓與額定電壓（UN）之比一般應大于6～8倍。

（2）許用場強不應高于起始游離電壓，電老化壽命評定的伏－秒特性曲線外推到預計運行年限的剩余場強不低于使用場強的兩倍。

（3）定子線圈對地主絕緣的整體性要好，性能數(shù)據(jù)分散性小是提高許用場強，減薄絕緣厚度的前提。

近來世界上各大公司選用大型發(fā)電機定子線圈的許用工作場強為2.5MV∕m左右。

二.大型水輪發(fā)電機：

在三峽工程完成以后，中國的大規(guī)模水電建設拉開了序幕，溪洛渡、向家壩、烏東閣和白鶴灘電站將相繼開工。水輪發(fā)電機從大型向超大型、巨型發(fā)展，單機容量從700MW向1000MW發(fā)展、電壓等級從20KV向24KV以上發(fā)展，這對絕緣結構、絕緣工藝、絕緣材料及防暈技術、防護技術等都提出了新的要求。1.大型水輪發(fā)電機的特點：

（1）以水流為動力，轉速慢，級數(shù)多，直徑大，軸向長度短，有利于散熱。

決定了水輪發(fā)電機的形狀和線圈的形狀，由于線圈端部彎角尺寸較小，適合于大批量生產的單根線棒VPI工藝。

（2）潮濕環(huán)境，端部易被油及粉塵污染。

需要特殊的端部處理技術，對端部防暈層和絕緣層進行有效防護。絕緣保護帶和絕緣防護漆將被批量使用。（3）現(xiàn)場安裝下線。

為了確保線圈現(xiàn)場安裝下線時，不受意外損傷，線圈的整體防護是非常必要的。國外使用熱收縮絕緣帶保護端部，另外使用一種高強度無紡

布補強的高導熱、半導體硅橡膠保護帶，對線圈直線部分進行防護。.大型水輪發(fā)電機絕緣材料的用量：

以單機容量700MW、20KV的三峽機組為例。

（1）硅鋼片漆：10.4噸(硅鋼片用量：520噸)

（2）絕緣線圈：1080根

（3）主絕緣： 13噸

（4）防暈帶： 0.5噸（5）固定材料：5噸 二.大型汽輪發(fā)電機：

隨著鍋爐和汽輪機技術從亞臨界、超臨界至超超臨界的發(fā)展，汽輪發(fā)電機也從普通的300

MW、600MW向單機容量1000MW、1200MW、1500MW邁進，電壓等級高達27KV以上。帶動了一批新材料、新工藝和新結構的發(fā)展。1.大型汽輪發(fā)電機的特點：

（1）以熱蒸汽—熱能為動力，轉速快，級數(shù)少（一般多為兩級）。

（2）直徑短，軸向長，溫升高，散熱效率低。（3）轉速高，電磁力大，要求固定材料強度高，固定工藝復雜。

（4）電壓等級高，對絕緣材料的介電性能有

特殊要求。

浸透性要求高（特指VPI工藝）。

2.大型汽輪發(fā)電機絕緣材料的用量：

以單機容量300MW、20KV的火電機組為例。

（1）硅鋼片漆：2.4噸(硅鋼片用量：120噸)

（2）絕緣線圈：108根

（3）主絕緣：1.62噸

（4）防暈帶：0.05噸

（5）固定材料：2.14噸

以單機容量600MW、20KV的火電機組為例。

（1）硅鋼片漆：3.6噸(硅鋼片用量：180噸)

（2）絕緣線圈：84根

（3）主絕緣：2.268噸

（4）防暈帶：0.168噸

（5）固定材料：2.966噸

以單機容量1000MW、27KV的火電機組為例。

（1）硅鋼片漆：5噸(硅鋼片用量：250噸)

（2）絕緣線圈：84根（3）主絕緣：3噸

（4）防暈帶：0.3噸

（5）固定材料：3.5噸（5）絕緣厚度大幅度增加，對主絕緣材料的 ** 隨著我國新能源戰(zhàn)略規(guī)劃的調整，未來十幾年將大力發(fā)展核動力能源。大型核動力發(fā)電機的單機容量為1000MW、24～26KV電壓等級。大型核動力發(fā)電機工作特點與大型汽輪發(fā)電機類似（轉速略低），但從運行安全考慮，要求更高的可靠性。

三.大型風力發(fā)電機：

風力發(fā)電機以風能為動力，是新型清潔能源的代表之一。

1.大型風力發(fā)電機特點：

(1)變頻特性

交—直—交變頻特性，這是一般發(fā)電機沒有的。諧波產生的突發(fā)電壓對匝間絕緣有特殊要求。（2）內外疊加溫度

內外疊加溫度是指電機運行時產生的溫度和周邊環(huán)境的溫度之和。大型風力發(fā)電機溫升較高（因為工作電壓較低）

而且散熱方式單一（空冷），因此需要使用耐熱絕緣材料（H級絕緣）。而散熱良好時，可以使用F級絕緣。（3）環(huán)境影響因素

大型風力發(fā)電機的工作環(huán)境較差，炎熱、潮濕、凝露、紫外光輻射、海上鹽霧等。絕緣材料自身要具備一定能力，絕緣結構及絕緣工藝必須采取防護措施，才能保證運行可靠性和使用壽命。

2.大型風力發(fā)電機絕緣材料的用量：

以單機容量2.0MW雙饋式風力發(fā)電機為例。

（1）繞包導線：4500～5000公斤

（2）主絕緣： 300公斤左右

（3）槽部絕緣：120公斤左右

（4）保護帶：

5000米左右

四.變頻電機：

通過調節(jié)頻率來控制電機的轉速是一種高效節(jié)能的方法。具有響應快，精度高的特點。

1.變頻電機的工作原理：

轉速 n=60f∕p 其中：n為每分鐘轉速；f為交流電的頻率；p為磁極對數(shù)。

電壓與頻率之比為常數(shù)。U∕f=const 變頻的同時也必須變壓，這也就是變頻器常被簡稱為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）的原因。

2.變頻電機絕緣的特點：

電源諧波產生的突發(fā)電壓，造成絕緣擊穿。變頻電機絕緣結構設計的重點是耐電壓。3.變頻電機的專用絕緣材料：

變頻電機的匝間和主絕緣頻頻受到沖擊電壓作用，對變頻電機的主絕緣和匝間絕緣必須加強，特別是電機定子的匝間絕緣。另外減少繞組的內部氣隙，氣隙會引發(fā)局部放電，嚴重影響電氣性能和導熱性，VPI工藝成為首選。絕緣材料的選擇重點是繞組線和浸漬樹脂。

變頻電機需要使用耐電暈絕緣材料?！澳汀迸c“防”的區(qū)別為：“耐”是從內到外（匝間絕緣為主導）;“防”是從外到內(主絕緣為主導)。

目前被普遍認可的耐電暈絕緣材料包括：納米改性的三層漆包導線；KaptonFCR聚酰亞胺薄膜燒結線；云母繞包導線等。

大型變頻調速電動機絕緣材料的用量： 以變頻調速電動機6KV、3500KW為例。（TBP3500－16／1000變頻調速同步電動機）（1）繞組導線：2980公斤（2）少膠帶：24～26公斤（3）VPI漆：200～220公斤（4）防暈帶：7.6～8.0公斤（5）保護帶：4950米（6）層壓制品：692公斤

以變頻調速電動機10.5KV、3500KW為例。（TBP3500－16／1000變頻調速同步電動機）（1）繞組導線：3130公斤（2）少膠帶：25～28公斤（3）VPI漆：200～220公斤（4）防暈帶：6.4～6.8公斤（5）保護帶：4900米（6）層壓制品：637公斤

以YBP1120－6 2850／3150 6500KW籠型變頻異步電動機為例。（1）繞組導線：1710公斤（2）少膠帶：16～18公斤（3）VPI漆：80～100公斤（4）防暈帶：——（5）保護帶：3050米（6）層壓制品：35～40公斤

五.機車牽引電機：

機車牽引電機是高速電氣化鐵路的關鍵設備。也代表著一個國家電機制造業(yè)的水平。

1.機車牽引電機的特點

（1）變頻調速電機

（2）耐高溫電機—由于體積和電壓受限，使

電流密度增加，溫升大幅度提高，發(fā)熱嚴重

（3）多種機械振動和應力

2.機車牽引電機專用絕緣材料

（1）耐電壓性能

（2）耐高溫性能

（3）抗機械振動性能

六.一般情況的絕緣事故： 1.絕緣電阻降低

受潮使絕緣電阻降低，泄露電流增大，容易引發(fā)絕緣擊穿。解決的方法是加熱去潮后進行防潮處理。2.絕緣放電現(xiàn)象

產生的因素較復雜。例如局部放電、電暈放電、電弧放電、火花放電和沿面閃絡等，對絕緣的破壞最為嚴重。

3.電機溫升偏高 電機某部分的溫度與其周圍介質的溫度之差，稱為電機該部分的溫升。溫升是電機損耗和散熱情況的量度，已成為評價電機性能的一個重要指標。絕緣材料的導熱性、散熱方式和絕緣處理工藝是影響電機溫升的主要因素。采用VPI工藝可以使電機溫升降低5~10℃，主要原因是減少氣隙、提高導熱。4.電機的槽口和鼻端擊穿

電機的槽口和鼻端擊穿是絕緣事故的多發(fā)區(qū)。電機的槽口是電場分布的突變區(qū)（導體與

絕緣、固體絕緣與空氣絕緣的交匯處，使電場集中）及尖端易損區(qū)（如加工毛刺、鋒利斷面，振動磨損，使絕緣材料容易受到損傷）。鼻端絕緣搭接和曲面形狀變化，引起電場分布變化。5.絕緣的機械損傷

電機定、轉子繞組及其絕緣，在運行過程中，承受著電磁力、熱應力和機械力的作用，會使絕緣產生摩擦及疲勞變形等，造成缺陷和老化，力學性能下降。優(yōu)良的力學性能如抗彎、抗沖擊和截面尺寸的熱穩(wěn)定性是電機安全運行的基本保障。電機定子事故的多發(fā)區(qū)是槽口和端部。電機轉子繞組絕緣在運行中，長期承受著離心及剪切等機械力的作用。6.絕緣擊穿

絕緣擊穿是電機產品的最終破壞，是由多重因素造成的，主要因素是局部放電和機械破壞，結果是使電機完全喪失工作能力。七.國內電機絕緣的某些特定概念 1.可靠性和壽命

電機的可靠性是指一定時間內不失效的概率。電機絕緣壽命是指有效使用到絕緣老化的時間，不包括通過小修可以恢復使用的故障。

有的電機如魚雷電機、火箭電機等要求可靠性接近100%，而壽命僅幾分鐘；而許多用于單機配套的電機，則壽命要求長，對可靠性要求卻較低。

2.F級絕緣，B級考核

是指絕緣系統(tǒng)的降級使用。電機繞組各部位的溫度并不相同，實際上是一個溫度場，溫升是指繞組的平均溫度。溫度場中的溫差隨電機結構、通風散熱系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)的不同而改變。例如，防護式電機的最熱點在鐵心中間的槽部，屏蔽式電機的最熱點在繞組端部。

為了保證電機的可靠性和壽命，在電機絕緣設計時還必須留有溫升裕度。對一般系列化小型化電機留5~~10℃，對中大型電機裕度更大。現(xiàn)代電機絕緣設計的趨向是選用等級高于電機絕緣等級的絕緣系統(tǒng)，熱點由絕緣裕度承擔，電機設計時用足溫升限值。例如B級電機采用F級絕緣系統(tǒng)，按B級考核，而且B級電機的銅耗按75℃計算（F級電機按115℃計算），電機的效率可以較高，因此提高了電機的綜合技術經濟指標。3.絕緣等級與耐溫指數(shù)

電機絕緣等級與絕緣耐溫指數(shù)之間有密切的關系，但是兩者之間并非等同或恒定關系。電機設計人員可以根據(jù)電機的使用狀況，往往選用高于或低于電機絕緣等級的絕緣結構。

電機絕緣結構的升級使用，縮小體積，增大功率，必然縮短電機的壽命，例如魚雷、火箭電機。4.端部處理技術

電機端部與槽內直線部分的絕緣，所承受的電場分布、熱場、受力狀態(tài)、環(huán)境因素不同，因此 端部絕緣需要特殊的處理技術。

槽口需要絕緣加強，防暈從低阻轉向高阻，使電場分布均勻，避免起暈放電。

端部絕緣無鐵心支撐固定，需通過膨脹材料、綁扎材料進行固定，以免運行振動產生摩擦，損傷絕緣造成擊穿。

在浸漆過程中，端部流失最為嚴重，造成絕緣發(fā)空現(xiàn)象。需要特殊保護工藝如旋轉烘陪、熱收縮保護帶等。

電機端部絕緣易受到外部環(huán)境污染如潮濕、粉塵、油污等，另外在裝配、拆卸時易受損傷，需要進行繞包及噴漆等防護處理。

5.防暈技術及防暈材料

在較高電場作用下，電位出現(xiàn)差異，絕緣層表面與空氣間產生的放電現(xiàn)象為電暈放電，這種電腐蝕對絕緣層會造成嚴重的破壞作用。

防暈技術就是通過采用半導體材料制成的防暈材料使電場平滑過渡和均勻分布，減小或避免起暈現(xiàn)象。由于電機槽內、槽口、端部電場分布不同，防暈材料分為低阻、中阻和高阻材料。而且多膠模壓工藝和少膠VPI工藝所用的防暈材料也不相同（半固化防暈帶和全固化防暈帶）。

**在產品說明書中，經常會出現(xiàn)國標及計量單位與歐美標準及計量單位的差異。

**在實際應用中，絕緣產品與設備有著較大的關聯(lián)度。

本次講座的目的是讓各位了解： 1.電機基本原理與絕緣材料的關系。2.電機運行故障與絕緣材料的關系。

3.電機絕緣結構與絕緣材料、絕緣工藝的關系。4.不同類型電機絕緣材料的大約用量。

第二篇：送水790KW電機絕緣維護方案

送水790KW電機絕緣維護方案電修檢修人員對送水790KW同步電機定、轉子解體后，運回電修車間；

2電機絕緣電阻、電氣性能測試，做好原始記錄；

3采用“熱水高壓清洗機”對電機定、轉子絕緣部分進行高壓熱水加清洗劑清洗；清洗后電機滴水，并用高壓風吹干后裝入烘箱，烘焙；分時測量絕緣電阻，達到合格標準并穩(wěn)定后，移出電機，降溫，采用F級D026電機專用絕緣漆，浸漆；浸漆后，裝入烘箱，再次烘焙；絕緣漆烘干后，絕緣性能檢查測試，符合質量要求后，運回水廠安裝。

2013.4.16

第三篇：電機設計講稿第八章

第八章 結構設計和機械計算

結構設計和機械計算是電機設計的一個組成部分，它主要在電磁設計完成后進行，以解決機械部分的設計問題。

內容：電機的基本結構，結構設計的基本內容、原則和方法，電機主要零部件（機座、轉軸、換向器及厚壁圓筒）的機械計算。

§8-1 電機的基本結構型式（自學）

一、總體結構的分類

（一）按通風冷卻系統(tǒng)分類

空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通風、自由循環(huán)通風、封閉循環(huán)通風等； 氫、水等：封閉循環(huán)

（二）按防護型式分類

開啟、防護、封閉、防爆、防水、水密、潛水、潛油等

（三）按安裝結構型式分類

IM1～IM9

二、主要類型電機的典型結構簡述

（一）感應電機

1、封閉式

2、防護式

3、箱型結構

（二）同步電機

1、凸極同步電機

（1）臥式凸極同步電機（2）立式凸極同步電機

2、隱極同步電機

（三）直流電機

§8-2 結構設計的基本內容、原則和方法

一、結構設計的基本內容和原則

1、結構設計的基本內容

① 確定電機的總體結構型式，包括防護型式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式、安裝方式、通風系統(tǒng)等。

② 確定零部件的結構型式、材料、形狀、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技術要求等。

③ 確定某些零部件之間的機械連接方式、配合種類等。④ 核算零部件的機械性能。

2、設計原則

① 應保證電機在規(guī)定期限內能安全可靠地運行；

② 所有結構型式一般應符合有關國家標準規(guī)定，如防護型式、軸承型式、中心高、外形尺寸、安裝尺寸等；

③ 盡量使零部件符合“標準化、系列化、通用化”的要求； ④ 應具有良好的結構工藝性； ⑤ 應考慮電機裝拆和維修方便； ⑥ 適當注意外形美觀。

二、結構設計的方法

（一）交流電機的結構設計

1、確定總體結構

2、確定定轉子的結構 ① 定子結構設計的內容和方法

定子鐵心：確定軸向和周向固緊方式；

徑向通風道元件的結構；

如采用扇形片時，確定扇形片劃分、鴿尾槽數(shù)目、尺寸、布型； 大型還要確定鐵心兩端階梯部分的具體結構；

定子繞組：應先計算和作圖求得端部尺寸；

確定固定方式； 作出定子的分裝草圖。② 轉子結構設計

轉子鐵心：如同步機確定磁極和磁軛的詳細結構尺寸固緊方式；

如其它轉子鐵心，除具有軸向通風道時要確定相應的結構外，其它與定子鐵心情況相似；

轉軸： 設計轉軸各檔部分尺寸，加工精度，形位公差，表面光潔度；

核算轉軸的機械強度。

轉子鐵心與轉軸組合：套軸式、支架式。決定轉子鐵心和轉國的徑向尺寸的關系；

作出轉子草圖。③ 端蓋結構和尺寸

主要根據(jù)通風系統(tǒng)、繞組對地絕緣距離軸承套結構及端蓋的剛度與強度等方面的要求確定。④ 作出總裝草圖，同時布置風扇

校核各部件的相對位置，必要間隙是否適當，安裝、外形尺寸是否符合要求；制造裝配拆卸維修是否方便，進行必要的修改，逐步給出零件圖，詳細準確的總裝配圖，校核總裝尺寸。

（二）直流電機的結構設計

直流電機與交流電機大體相似，只是電樞在轉子上磁極在定子上，且有換向極。

第四篇：絕緣知識

一、絕緣材料的電氣性能

絕緣材料的電氣性能主要表現(xiàn)在電場作用下材料的導電性能、介電性能及絕緣強度。它們分別以絕緣電阻率ρ(或電導γ)、相對介電常數(shù)εr、介質損耗角tanδ及擊穿強度EB四個參數(shù)來表示。1.絕緣電阻率和絕緣電阻

任何電介質都不可能是絕對的絕緣體，總存在一些帶電質點，主要為本征離子和雜質離子。在電場的作用下，它們可作有方向的運動，形成漏導電流，通常又稱為泄漏電流。在外加電壓作用下的絕緣材料的等效電路如圖2-1a所示；在直流電壓作用下的電流如圖2-1b所示。圖中，電阻支路的電流Ii即為漏導電流；流經電容和電阻串聯(lián)支路的電流Ia稱為吸收電流，是由緩慢極化和離子體積電荷形成的電流；電容支路的電流 IC 稱為充電電流，是由幾何電容等效應構成的電流。

(1)在正常工作時（穩(wěn)態(tài)），漏導電流決定了絕緣材料的導電性，因此，漏導支路的電阻越大，說明材料的絕緣性能越好。

（2）溫度、濕度、雜質含量、電磁場強度的增加都會降低電介質材料的電阻率。2.介電常數(shù)

介電常數(shù)是表明電介質極化特征的性能參數(shù)。介電常數(shù)愈大，電介質極化能力愈強，產生的束縛電荷就愈多。束縛電荷也產生電場，且該電場總是削弱外電場的?，F(xiàn)用電容器來說明介電常數(shù)的物理意義。設電容器極板間為真空時，其電容量為 Co，而當極板間充滿某種電介質時，其電容量變?yōu)镃，則C與Co的比值即該電介質的相對介電常數(shù)，即：

在填充電介質以后，由于電介質的極化，使靠近電介質表面處出現(xiàn)了束縛電荷，與其對應，在極板上的自由電荷也相應增加，即填充電介質之后，極板上容納了更多的自由電荷，說明電容被增大。因此，可以看出，相對介電常數(shù)總是大于1的。絕緣材料的介電常數(shù)受電源頻率、溫度、濕度等因素而產生變化。頻率增加，介電常數(shù)減小。溫度增加，介電常數(shù)增大；但當溫度超過某一限度后，由于熱運動加劇，極化反而困難一些，介電常數(shù)減小。濕度增加，電介質的介電常數(shù)明顯增加，因此，通過測量介電常數(shù)，能夠判斷電介質受潮程度。大氣壓力對氣體材料的介電常數(shù)有明顯影響，壓力增大，密度就增大，相對介電增大。

3.介質損耗

在交流電壓作用下，電介質中的部分電能不可逆地轉變成熱能，這部分能量叫做介質損耗。單位時間內消耗的能量叫做介質損耗功率。介質損耗使介質發(fā)熱，是電介質熱擊穿的根源。施加交流電壓時，電流、電壓的相量關系 總電流與電壓的相位差φ，即電介質的功率因數(shù)角。功率因數(shù)角的余角δ稱為介質損耗角。根據(jù)相量圖，不難求出單位體積內介質損耗功率為

式中 : ω——電源角頻率 , ω =2 π f;ε——電介質介電常數(shù);E ——電介質內電場強度;tans 一一介質損耗角正切。

由于P值與試驗電壓、試品尺寸等因素有關，難于用來對介質品質作嚴密的比較，所以，通常是以tanδ 來衡量電介質的介質損耗性能?？偨Y：

①介質損耗將使介質發(fā)熱，是介質熱擊穿的根源。

②電氣設備中使用的電介質，要求它的tanδ值愈小愈好。而當絕緣受潮或劣化時，因有功電流明顯增加，會使tanδ值劇烈上升。也就是說，tanδ能敏感地反映絕緣質量。因此，在要求高的場合，需進行介質損耗試驗。

③ 影響絕緣材料介質損耗的因素主要有頻率、溫度、濕度、電場強度和輻射。影響過程比較復雜，從總的趨勢上來說，隨著上述因素的增強，介質損耗增加。

二、絕緣的破壞 1.絕緣擊穿

絕緣材料所具備的絕緣性能一般是指其承受的電壓在一定范圍內所具備的性能。當承受的電壓超出了相應的范圍時，就會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。電介質擊穿是指電介質在強電場作用下遭到急劇破壞，喪失絕緣性能的現(xiàn)象。擊穿電壓是指使電介質產生擊穿的最小電壓。擊穿強度是指使電介質產生擊穿的最小電場強度（也叫耐壓強度）。對于電介質通常用平均擊穿強度表示：EB=UB/d(KV/cm)UB:擊穿電壓 d:擊穿處絕緣厚度

(1)氣體電介質的擊穿

氣體擊穿是由碰撞電離導致的電擊穿。在強電場中，帶電質點(主要是電子)在電場中獲得足夠的動能，當它與氣體分子發(fā)生碰撞時，能夠使中性分子電離為正離子和電子。新形成的電子又在電場中積累能量而碰撞其他分子，使其電離，這就是碰撞電離。碰撞電離過程是一個連鎖反應過程，每一個電子碰撞產生一系列新電子，因而形成電子崩。電子崩向陽極發(fā)展，最后形成一條具有高電導的通道，導致氣體擊穿。(2)液體電介質的擊穿 液體電介質的擊穿特性與其純凈度有關，一般認為純凈液體的擊穿與氣體的擊穿機理相似，是由電子碰撞電離最后導致?lián)舸５后w的密度大，電子自由行程短，積聚能量小，因此擊穿場強比氣體高。

工程上液體絕緣材料不可避免地含有氣體、液體和固體雜質。在強電場的作用下定向排列，運動到電場強度最高處聯(lián)成小橋，小橋貫穿兩電極間引起電導劇增，局部溫度驟升，最后導致?lián)舸榱吮ＷC絕緣質量，在液體絕緣材料使用之前，必須對其進行純化、脫水、脫氣處理；在使用過程中應避免這些雜質的侵入。液體電介質擊穿后，絕緣性能在一定程度上可以得到恢復。(3)固體電介質的擊穿

固體電介質的擊穿有電擊穿、熱擊穿、電化學擊穿、放電擊穿等形式。絕緣結構發(fā)生擊穿，往往是電、熱、放電、電化學等多種形式同時存在，很難截然分開。一般來說，在采用tanδ值大、耐熱性差的電介質的低壓電氣設備，在工作溫度高、散熱條件差時，熱擊穿較為多見。而在高壓電氣設備中，放電擊穿的概率就大些。脈沖電壓下的擊穿一般屬于電擊穿。當電壓作用時間達數(shù)十小時乃至數(shù)年時，大多數(shù)屬于電化學擊穿。

2.絕緣老化

電氣設備在運行過程中,其絕緣材料由于受熱、電、光、氧、機械力(包括超聲波)、輻射線、微生物等因素的長期作用，產生一系列不可逆的物理變化和化學變化，導致絕緣材料的電氣性能和機械性能的劣化。絕緣老化過程十分復雜。主要是熱老化和電老化。

(1)熱老化。一般在低壓電氣設備中，促使絕緣材料老化的主要因素是熱。其熱源可能是內部的也可能是外部的。每種絕緣材料都有其極限耐熱溫度，當超過這一極限溫度時，其老化將加劇，電氣設備的壽命就縮短。

(2)電老化。它主要是由局部放電引起的。在高壓電氣設備中，促使絕緣材料老化的主要原因是局部放電。局部放電時產生的臭氧、氮氧化物、高速粒子都會降低絕緣材料的性能，局部放電還會使材料局部發(fā)熱，促使材料性能 惡化。3.絕緣損壞

絕緣損壞是指由于不正確選用絕緣材料，不正確地進行電氣設備及線路的安裝，不合理地使用電氣設備等，導致絕緣材料受到外界腐蝕性液體、氣體、蒸氣、潮氣、粉塵的污染和侵蝕，或受到外界熱源、機械因素的作用，在較短或很短的時間內失去其電氣性能或機械性能的現(xiàn)象。對策：

（1）避開有腐蝕性物質和外界高溫的場所；

（2）正確使用和安裝電氣設備和線路，保持過流、過熱保護裝置的完好；（3）嚴禁亂拉亂扯，防止機械性損傷絕緣物；（4）應采取防止小動物損傷絕緣的措施。

三、絕緣檢測和絕緣試驗 絕緣檢測和絕緣試驗的目的是檢查電氣設備或線路的絕緣指標是否符合要求。絕緣檢測和絕緣試驗主要包括絕緣電阻試驗、耐壓試驗、泄漏電流試驗和介質損耗試驗等。1.絕緣電阻試驗

絕緣電阻是衡量絕緣性能的最基本指標。通過絕緣電阻的測定，可以在一定程度上判定某些電氣設備的絕緣好壞，判斷某些電氣設備(如電機、變壓器)的受潮情況等，以防因絕緣電阻降低或損壞而造成漏電、短路、電擊等電氣事故。（1）絕緣材料的電阻常用兆歐表(搖表)測量。

兆歐表主要由作為電源的手搖發(fā)電機(或其他直流電源)和作為測量機構的磁電式流比計(雙動線圈流比計)組成。測量時，實際上是給被測物加上直流電壓，測量其通過的泄漏電流，在表的盤面上讀到的是經過換算的絕緣電阻值。磁電式流比汁的工作原理如上圖所示。在同一轉軸上裝有兩個交叉的線圈，當兩線圈通有電流時，兩個線圈分別產生互為相反方向的轉矩。其大小分別為

M1 = K1f1（α）I1

M2= K2f2（α）I2

式中 : K1 K2 ——比例常數(shù)； I1,I2 ——通過兩個線圈的電流； α——線圈帶動指針偏轉的偏轉角。

當M1≠M2時，線圈轉動，指針偏轉。當M1=M2時，線圈停止轉動，指針停止偏轉，且兩電流之比與α偏轉角滿足如下的函數(shù)關系，即

在接入被測電阻 Rx 后，構成了兩條相互并聯(lián)的支路，當搖動手搖發(fā)電機時，兩個支路分別通過電流 I1 和 I2?？梢钥闯?/p>

考慮到兩電流之比與偏轉角滿足的函數(shù)關系，不難得出 α =f(Rx)可見，指針的偏轉角α僅僅是被測絕緣電阻 Rx 的函數(shù)，而與電源電壓沒有直接關系。

2． 吸收比的測定 吸收比是加壓測量開始后 60S時讀取的絕緣電阻值與加壓測量開始后15S時讀取的絕緣電阻值之比。吸收比測量的目的是判斷絕緣材料受潮程度和內部有無缺陷。因此，高壓變壓器、電動機和電力電容器等都應按規(guī)定測量吸收比。3． 絕緣電阻指標

絕緣電阻隨線路和設備的不同，其指標要求也不一樣。就一般而言，高壓較低壓要求高；新設備較老設備要求高；室外設備較室內設備要求高；移動設備較固定設備要求高等。絕緣電阻應按規(guī)定進行定期測量，電動機的測量周期為1年，其它低壓設備或線路為1—2年。

第五篇：電機與電力拖動

《電機與電力拖動》復習題

備注：1.請考生自帶計算器；

2.計算題只有答案以零分計。

一． 試說明他勵直流電動機的起動方法及其特點。二． 試說明變壓器并聯(lián)運行的條件。

三． 電壓變化率ΔU%和阻抗電壓UK有什么聯(lián)系？UK的大小決定于哪些因素？ UK的大小對變壓器運行的影響如何？

四． 一臺三相異步電動機，如果把轉子抽掉，而在定子繞組上加三相額定電壓，會產生什么后果？

五． 一臺八極異步電動機電源頻率?=50Hz，額定轉差率SN=0.04，試求額定轉速nN。

六． 一臺單相變壓器，額定容量SN=1000kVA ,額定電壓U1N／U2N=60／6.3kV , 額定頻率?=50Hz，歸算至高壓側的ZK=61＋j205Ω，P0=5000W，PKN=16950W。求：（1）阻抗電壓UK；

（2）額定負載且cosψ2=0.8（滯后）時的電壓調整率；（3）cosψ2=0.8（滯后）時的最高效率。

七． 如果一對自整角機定子繞組的一根連接線接觸不良或脫開，試問是否能同步轉動？

八． 一臺直流發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)為：PN=100kW，UN=230V，nN=2850r/min，ηN=85%，試求該發(fā)電機的額定電流IN及額定輸入功率P1N。

九． 如果一臺并勵發(fā)電機不能建立電壓時，檢查的方法是什么？ 十． 試說明變壓器的效率在什么樣的情況下達到最大值，這個最大值是如何得到的？

十一． 三相異步電動機能在低于額定電壓下長期運行嗎？為什么？

十二． 三相異步電動機的定、轉子鐵芯如用非磁性材料制成，會產生什么后果？

十三． 拆換異步電動機的定子繞組時，若把每相的匝數(shù)減少，則氣隙中的每極磁通與磁密數(shù)值將怎樣變化？ 十四． 異步電動機為什么又稱為感應電動機？

十五． 一臺六極直流電機，1200r/min，74槽，每槽4個元件邊，單匝元件，單疊繞組，每極磁通為1.38×10-2Wb，電樞電流為120A，求其電磁轉矩及電樞電動勢。

十六． 一臺直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN=17kW，UN=220V，nN=1500r/min，ηN=83%，試求該電動機的額定電流IN及額定輸入功率P1N。

十七． 一臺他勵直流電機并聯(lián)于U=220V電網上運行，單波繞組，已知p=2，N=372(電樞總導線數(shù))，n=1500r/min，每極磁通為φ=1.1×10-2Wb，電樞回路總電阻Ra=0.208Ω，PFe=362W，PΩ=204W，忽略附加損耗。試求：

a)b)此直流電機是發(fā)電機還是電動機？ 電磁轉矩、輸入功率和效率各為多少？

十八． 一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN=7.5kW，UN=220V，IN=39.8A，nN=1500r/min，試計算并繪制其固有機械特性。十九． 一臺四極直流發(fā)電機是單疊繞組，每極磁通為3.79×10-2Wb，電樞總導線數(shù)為152根，轉速為n=1200r/min，求電機的空載電動勢。若改為單波繞組，其他條件不變，問空載電動勢為230V時，電機的轉速應是多少？

二十． 一臺三相異步電動機PN=60kW，nN=577 r/min，cosψN=0.77，ηN=88.5%，試求在額定線電壓為

380V時的額定電流IN。

二十一． 一臺三相異步電動機的輸入功率8.6kW，定子銅耗為425W，鐵耗為210W，轉差率為S=0.034，試計算電動機的電磁功率、轉子銅耗及機械損耗。

二十二． 某臺直流發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)為：PN=90kW，UN=230V，nN=1450r/min，ηN=89.6%，試求該發(fā)電機的額定電流IN。二十三． 一臺四極直流電動機，單疊繞組，額定轉速nN=1460r/min，36槽，每槽6個元件邊，每極磁通為2.2×10-2Wb，問電樞電流為800A時，求其電磁轉矩。

二十四． 電動機的電磁轉矩是驅動性質的轉矩，電磁轉矩增大時，轉速似乎應該上升，但從直流電動機的轉矩及轉速特性來看，電磁轉矩增大時，轉速反而下降，這是什么原因？

二十五． 并勵直流電動機在運行時若勵磁繞組斷線，會出現(xiàn)什么后果？

二十六． 三相異步電動機，額定功率PN=55kW，額定電壓UN=380V，額定電流IN=119A，額定轉速nN=570r/min，額定功率因素

cosψN=0.89，求同步轉速、極對數(shù)、額定負載時的效率和轉差率。已知電網頻率為50Hz。

二十七． 某臺直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN=10kW,UN=220V, nN=1500r/min,ηN=88.6%,試求該電動機額定運行時的輸入功率P1及額定電流IN。

二十八． 有一臺三相變壓器，額定容量SN=50kVA , 高壓側額定電壓U1N=10kV , 低壓側額定電壓U2N=400V , 高低壓繞組都接成星形，試求高低壓側的額定電流I1N和I2N。

二十九． 某臺直流發(fā)電機為單疊繞組，每極磁通為3.5×10-2Wb，電樞總導線為152根，轉速為1200 r/min，求電機的空載電動勢。若改為單波繞組，其他條件不變，問空載電動勢為210V時，電機的轉速是多少？

三十． 為什么說交流異步測速發(fā)電機是交流侍服電動機的一種逆運行方式？