用于证明旋转电机中的电气过载的无源部件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定电动机的绝缘体系的品质和状况的无源部件。这尤其用于在电动机故障例如两个相位之间的击穿之前做出预测。通过本发明专利技术首次提供一种无源部件，例如测试条，借助该无源部件能够例如以光学方式检测到在电机运行期间由于局部放电和/或电压峰值而作用在诸如绕组的绝缘体系上的负载。

Passive components used to demonstrate electrical overload in rotating electrical machines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于证明旋转电机中的电气过载的无源部件本专利技术涉及一种用于确定电动机的绝缘体系的品质和状况的无源部件。这尤其用于在电动机故障例如两个相位之间的击穿之前做出预测。用于例如最高达690V的电源电压的三相电动机通常借助逆变器(Umrichter)运行或处于逆变器供电的环境中。这对于产生方波电压形式的目标电压值，进而能够任意控制转速和尽可能高效地运行电动机来说是很重要的。在图1中示出了根据现有技术的逆变器的原理。图1示出了正弦振荡7通过频率控制器6被转换5为方波电压2，该方波电压2在交流电动机1中通过能量转换4被转换为机械能3。可以看出，在交流电动机1中，方波电压2是如何被转换为机械可利用的能量3的。因为如同在关于傅立叶变换的相关教科书中更详细地阐述的那样，方波电压2是具有很高频率的多个叠加的正弦振荡7，所以在侧翼区域中会出现脉冲状的过电压，该过电压作为波穿过绝缘体系的绕组。根据现有技术，绝缘体系本身包括例如用漆绝缘的金属线、特别是铜线，其中所述漆例如基于聚酯酰亚胺、酰胺酰亚胺聚合物而形成。另外，存在常规的面状(片状)绝缘材料，其例如由基于聚酯和/或间位芳族聚酰胺(间位芳纶)的多层层压材料构成并用优选经填充的浸渍树脂和/或浸透树脂例如聚酯树脂浇注。尽管有这些复杂的绝缘体系，但总会发生腐蚀，因为该绝缘体系并非针对出现的、可多倍于运行电压的过电压设计的。由于在实际的绝缘结构中存在微米至毫米级别的孔和间隙，这些孔和间隙的数量虽然可以通过绝缘体系的实际制造过程，即浸渍、浸透和浇注被最小化，但不能完全避免，因此在电压过高的情况下局部放电不可避免的。这些局部放电是由于在缺陷部位(场位移)中通常相对较小的介电常数根据帕邢定律在标准压力下从一定的场强(如图2所示)，即每单位孔径的电压起由电荷载流子的雪崩效应(如图3中可见)而造成的。图2示出了说明由帕邢定律制作的关系的图。图3示出了由雪崩效应造成局部放电的示意图。有机绝缘材料例如上文提及的在绝缘体系中使用的浸渍树脂由于局部放电的能量而逐步降解(劣化)，因此这导致绝缘体系优先在现有缺陷部位中的损伤，并且该损伤扩大直到发生故障。电动机绝缘体系的品质和状况难以从外部定量地确定，这最终使得在运行的机器中无法在真正完全故障之前进行预测，该完全故障的形式例如是两个相位之间的击穿或相对于地或两根电线的击穿。完全故障后，可以通过从定子铁芯上拆下绕组并通过光学(目视)观察来了解损坏过程和损坏机理，但是通常无法得到关于用电网络中可能存在的过高的外来电压，例如由逆变器运行导致的电压峰值或过高的运行电压的说明(Aussage)。因此，需要在运行期间获得与过高的运行电压和电压峰值有关的信息，以便获得对负载下的(beanspruchten)绝缘体系的更好的技术理解。因此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种无源部件，该无源部件能够在不干预的情况下连接到处于运行中的电动机，并且给出关于绝缘体系已经受到和/或已经受到过何种载荷的说明。该技术问题通过如权利要求书、说明书和附图中公开的本申请的主题来实现。因此，本专利技术的主题是一种无源部件，该无源部件包括基板和在所述基板上的至少两个印制导线(印刷电路、导体带，Leiterbahnen)，其方式使得所述基板形成旋转电机的至少两个相位之间的电绝缘桥并且所述印制导线分别耦连到一个相位，由此在电绝缘桥上施加与机器的绝缘体系中相同的电压，使得无源部件的电压负载相当于绝缘体系的电压负载。在本专利技术的有利实施方式中，可以借助集成在印制导线中的染料来读取印制导线的状态。在此，例如能够借助颜色变化的范围和程度来得出过电压的强度和持续时间的结论，并进而得出电动机绕组中的局部放电的结论，因为有机染料能够由于局部输入能量而分解，所以能够通过复合材料和/或印制导线的颜色变化来记录和评估运行的电动机中的过电压的持续时间和强度。由此来避免完全故障。本专利技术的一般认知是，在电动机的接线端子区域(Anschlussbereich)如接线板、接线盒和/或分配器中存在多个相位，例如3个相位。它们彼此绝缘并且因而可以从各个相位端子中截取出存在于绝缘体系中，例如绕组中的电压差。因此，可以通过在中间区域中呈绝缘性并且根据半径和间距视施加的电压而定地引起局部放电的结构中的印制导线，通过对信号例如对由局部放电而破坏并进而变成无色的染料的巧妙选择，来确定何时在相位端子处和进而在绝缘体系处出现电压峰值。印制导线在此位于电绝缘的基板上，该电绝缘的基板构成相位端子之间的电绝缘桥。基板可以薄片和/或膜的形式存在，并且例如由常规的面状绝缘材料，特别是诸如基于聚酯和/或间位芳族聚酰胺的多层层压材料制成。这些面绝缘材料也可以例如用玻璃纤维增强。根据本专利技术的有利实施方式，无源部件以简单的测试条的形式存在，该测试条即使在运行期间也能够毫不费力地连接例如粘接和/或螺纹连接在电机的接线盒中的两个相位之间，其中至少两个分别耦连到接线盒中的一个相位端子上的印制导线的几何形状被选择成，使得在印制导线之间的无源部件的区域是电绝缘的并且因此在印制导线之间不会出现短路。为了制造无源部件，在基板上(顶面)和/或在基板下(底面)例如布置由用导电填料填充至至少达到渗流阈值的复合材料制成的两个印制导线。例如，基板上的复合材料在层厚度约50μm至500μm的情况下具有100千欧姆以下的方块电阻。在方块电阻过大的情况下，取决于几何形状，会出现以下问题：电压峰值已然在所述印制导线之一或在两个印制导线中被耗散。对于选择的信号或标度是集成在印制导线材料中的彩色颜料的颜色变化的情况，有利的是，由其制成印制导线的导电复合材料本身是浅色的和/或无色的。特别适合于此目的的是本身无色并且已填充有浅色导电或部分导电颗粒的浸渍或浇注树脂。例如，使用的树脂是常规用于浸渍的环氧树脂，其具有含酸酐的固化剂(仍是现有技术)和/或具有不含酸酐的固化剂，例如铵-、锍-、鏻-和/或碘鎓固化剂，以及由叔胺、咪唑和/或吡唑化合物形成的固化剂。这些是普遍知晓的并且例如也由EP3175462已知。填料颗粒优选是薄片形颗粒和/或球形颗粒，例如基于云母和/或石英粉。再次举例来说，这些填料颗粒涂覆有浅色的经掺杂的金属氧化物并因此具有导电性。填料颗粒也可以是未涂覆的形式和/或可仅由经掺杂的金属氧化物制成。以这种方式制造的印制导线是无色的或至少是非常浅色的，从而即使添加非常少量的染料也可以使它们着色。在运行中，染料会被局部放电或峰值电压破坏，并且印制导线的颜色再次消失。由此则可对运行期间(或工作期间)绝缘体系的负载作出说明。在此可以使用所有种类的染料，这些染料可集成在用于制造印制导线的复合材料和/或基板材料中，并且由于局部放电而使其光学特性发生改变或劣化。例如，以下组合物适合作为用于制造印制导线的混合物：0.3重量％至7重量％、特别是0.7重量％至5重量％、和特别是0.8重量％至2.5重量％的染料；5体积％至50体积％的填料、特别是20体积％至50体积％的填料，在各自的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.无源部件，包括基板和在所述基板上的至少两个印制导线，其方式使得所述基板构成旋转电机的至少两个相位之间的电绝缘桥并且所述印制导线分别耦连到一个相位，以便在所述电绝缘桥上施加与机器的绝缘体系中相同的电压，使得无源部件的电压负载相当于绝缘体系的电压负载。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170928 EP 17193682.61.无源部件，包括基板和在所述基板上的至少两个印制导线，其方式使得所述基板构成旋转电机的至少两个相位之间的电绝缘桥并且所述印制导线分别耦连到一个相位，以便在所述电绝缘桥上施加与机器的绝缘体系中相同的电压，使得无源部件的电压负载相当于绝缘体系的电压负载。


2.根据权利要求1所述的无源部件，所述无源部件以测试条的形式存在。


3.根据权利要求1或2所述的无源部件，所述无源部件设置在电动机的接线盒中。


4.根据前述权利要求中任一项所述的无源部件，其中所述印制导线由复合材料制成。


5.根据前述权利要求中任一项所述的无源部件，其中所述印制导线在所述基板上的形状和位置被选择为，使得在所述旋转电机的运行电压下不发生经由所述无源部件的印制导线造成的局部放电。


6.根据前述权利要求中任一项所述的无源部件，其中所述复合材料包括环氧树脂，所述环氧树脂被导电填料填充至少至渗流阈值。


7.根据权利要求6所述的无源部件，其中所述复合材料包括染料，所述染料在电能的供应下改变颜色。


8.根据权利要求6或7所述的无源部件，其中所述复合材料包括染料，所述染料在电能或热能的供应下能够分解。


9.根据权利要求6至8中任一项所述的无源部件，其中所述染料选自芳族杂环化合物。


10.根据权利要求6至9中任一项所述的无源部件，其中，所述染料选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：J赫勒，T卡曾伯格，M马雷卡，B普洛赫曼，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE