电动工具匝间绝缘强度试验及关键参数介绍

吴文俊

（ 上海电动工具研究所，上海 200031 ）

电动工具匝间绝缘强度试验及关键参数介绍

吴文俊

（ 上海电动工具研究所，上海 200031 ）

介绍用以评价绕组匝间或线圈间故障、缺陷和绝缘介质强度的匝间绝缘强度试验，描述波前时间、脉冲发生器的源阻抗和脉冲电压幅值三大关键参数对试验的影响。

电动工具 匝间绝缘 波前时间 脉冲发生器的源阻抗 脉冲电压幅值

0 引言

电动工具在使用过程中受电源网络的主电源切换骚扰、配电系统负荷变化、电路谐振、系统故障和自身频繁操作开关而引起的瞬间电压的影响，造成绝缘结构中固体绝缘介质的电气间隙阻抗下降，使得绕组匝间绝缘介质或电气间隙被击穿，从而发生电击危险。

1 概述

匝间绝缘强度试验是对绝缘绕组施加短时的冲击（浪涌）电压，评价绕组匝间或线圈间故障或缺陷和绝缘介质的强度。匝间绝缘强度试验的严酷程度主要取决于波前时间、脉冲发生器的源阻抗和施加在匝间绝缘上的脉冲电压幅值。波前时间影响被试绕组或线圈的匝间绝缘阻抗，波前时间越短，匝间绝缘阻抗越小，试验的严酷程度越高；脉冲发生器的源阻抗反映脉冲源的负载特性，输出阻抗越小，则施加在匝间绝缘上的瞬时能量越大，试验的严酷程度越高；但从三者的影响程度分析，主要作用的是波前时间和输出阻抗，尤其是输出阻抗影响更为明显。

2 原理

当对绕组施加如图1所示的短时标准冲击波时，冲击电压在绕组上产生衰减振荡。如绕组无故障或缺陷，则在绕组上产生的衰减振荡波形基本一致。如绕组有故障或缺陷，由于故障绕组的阻抗与正常绕组的阻抗存在差异，产生的振荡波形与正常绕组也存在差异。通过前后波形对比或计算前后波形面积差异量可判别绕组是否正常。对存在绝缘薄弱点的绕组或线圈，施加短时冲击电压可使绕组或线圈的绝缘薄弱点发生击穿或短路。存在短路的绕组及线圈相当于匝数减少，相应的绕组或线圈阻抗发生变化，可由振荡波形的差别判别。

图1是1.2/50 μs开路电压波形，是一种模拟雷电、开关操作，用电容器充放电原理来获得的瞬态电压波形。

图1 1.2/50 μs开路电压波形

2.1波前时间

图1中，波前时间T1是一个虚拟参数，定义为30%峰值和90%峰值两点间所对应时间间隔T的1.67倍，即T1=1.67×T=1.2 μs± 30%；

半峰时间T2也是一个虚拟参数，定义为视在原点O1和电压下降到半峰值的时间间隔，T2=20 μs±20%。

选择电容量和波前电阻能改变RC回路的时间常数，也就改变了波前时间，选择信号发生器（脉冲发生器）的波前电阻就能选取不同的波前时间。显然，一旦波前电阻选定，在同一峰值电压下，只要被试绕组特性一致，则在绕组上产生的振荡波形就一致。

2.2脉冲发生器的源阻抗

脉冲发生器的源阻抗是指低压电网对地的源阻抗。源阻抗的选择取决于电源的性质（直流、交流）、电源线长度、电源耦合方式、试验电压施加方式（线—线、线—地）等。脉冲发生器的等效输出阻抗是指开路输出电压峰值与短路电流峰值之比，能产生1.2/50 μs开路电压波形的脉冲发生器的等效输出阻抗为2 Ω。

2 Ω阻抗表示低压电网的源阻抗。使用等效输出阻抗为2 Ω的脉冲发生器。

12 Ω（10 Ω+2 Ω）阻抗表示低压电网对地的源阻抗。使用串联10 Ω附加电阻的脉冲发生器。

42 Ω（40 Ω+2 Ω）阻抗表示其他所有线路对地源阻抗。使用串联40 Ω附加电阻的脉冲发生器。

等效输出阻抗为2 Ω、12 Ω、42 Ω脉冲发生器用来进行浪涌（冲击）抗扰度试验。在手持式、可移式电动工具和园林工具的安全中用来考核关键安全功能的部件在可预期的电磁环境中的可靠性。

等效输出阻抗反映着在同一冲击电压值的情况下被试对象上承受的能量，反映了试验的严酷程度。用冲击电压试验来考核电动工具在特殊情况下的匝间绝缘强度的脉冲发生器的等效输出阻抗，经论证和验证，认为应选用12 Ω。

2.3脉冲电压幅值

脉冲电压幅值可根据被试对象额定电压对应的过电压类别来确定，或根据被试绕组电压和运行状态来确定。家用和类似用途电器采用了前一种方法，中小型电机采用的是后一种方法。

2.3.1 由过电压的类别确定脉冲电压幅值

过电压类别是指瞬态过电压条件的数值，GB/T 16935.1-2008《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原理、要求和试验》规定了四种过电压类别：

1）过电压类别I：设备是连接至具有限制瞬时过电压至相当低水平措施的电路的设备，例如保护电子电路；

2）过电压类别Ⅱ：设备是由固定式配电装置供电的耗能设备，例如器具、便携式工具和其他家用和类似的负载；

3）过电压类别Ⅲ：设备是固定式配电装置中的设备，以及设备的可靠性和适用性必须符合特殊要求的设备，例如固定设施的开关和永久连接到固定设施的工业用设备；

4）过电压类别IV：设备是使用在配电装置电源端的设备，例如电表和初级过电流保护设备；

电动工具是一种由固定电源设施供电的手持、可移的耗能机械化工具，因此应归类为过电压类别Ⅱ。

参考GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》

不同额定电压对应的额定冲击电压为：

≤50 V 500 V

＞50且≤150 1 500 V

＞150且≤300 2 500 V

2.3.2 由被试绕组电压和运行状态确定脉冲电压幅值

根据被试绕组电压和运行状态确定脉冲电压幅值，见公式（1）：

式中 UT——脉冲电压峰值

K1——电压系数，一般取1.40

K2——运行系数，一般运行取1.0，湿热环境和高速取1.10，频繁起动或正、反转取1.10～1.20

UG——绕组对地工频耐电压试验值（有效值）

脉冲电压峰值允差为±5%或±3%（优先），峰值测量准确度为±1.5%。

由于电动工具绕组或线圈的匝间绝缘是功能绝缘，其匝间绝缘的耐电压试验值为500 V，则绕组匝间绝缘承受的脉冲电压的峰值为：

UT=K1·K2·UG=1.40×1.10×500=840 V

鉴于经验值，800 V的计算值对应实际耐压值为910 V，1 500 V的计算值对应实际耐压值为1 750 V，因此最后选择的实际脉冲电压的峰值为1 000 V。

2.4试验时间

对定子、转子绕组的绝缘匝间强度试验时，施加5个正脉冲、5个负脉冲，脉冲间隔时间为1 s。

匝间绝缘强度试验后，绕组的匝间绝缘不允许击穿或闪络，采用脉冲波形比较法来判别。试验时，只要仪器显示屏上振荡波形基本重合，则判别绕组或线圈正常；如果显示屏振荡波形显示不重合，则判别绕组有故障。如果绕组介质击穿，则试验会出现响声、气味等现象。3应用

脉冲电压考核绕组或线圈的匝间绝缘强度在中小型电机、低压电器中已得广泛采用，制定了标准。在家用和类似用途电器的安全中采用脉冲电压试验考核器具承受瞬态过电压的能力和电气间隙。过去的电动工具安全标准中，对绕组的绝缘介质匝间强度未作明确考核规定，电气间隙的规定至今仍沿用按防电击分类，按不同的工作电压，以不同极性的带电零件之间，不同性质绝缘两边的带电零件与其他金属零件之间分别规定不同的电气间隙值，对不允许绕组匝间短路的要求，仅在当某一耐热等级转子或定子绕组温升超过规定值，进行合格评定试验时，即将超过温升限值的定子或转子放在烘箱内，温度设定到转子或定子温升实测温度再加上80℃±10℃，历时240 h，取出后逐步冷却至室温，检测绕组匝间是否短路。在国家认证认可监督管理委员会电动工具技术专家组（TC23）的决议中已经明确绕组匝间冲击试验电压的电压值统一为1 000 V。

4 结语

综上所述，电动工具冲击电压试验的结果受诸多因素影响，只有选择合理的参数才能理想地反应产品的实际情况，为产品的认证认可提供合理的依据，同时确保产品的质量，保证使用者的人身安全。

[1]GB 3883.1-2008 手持式电动工具的安全 第一部分： 通用要求[S].

[2]GB 4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求[S].

Electric Tool Interturn Insulation Strength Test and Key Parameters Introduction

Wu Wenjun
(Shanghai Electric Tool Research Institute, Shanghai 200031, China)

The interturn insulation strength test is to assess the fault or defect and insulation strength between the windings. Its onerous condition is decided by front time, source impedance of pulse generator and impulse voltage amplitude. This article mainly introduces the influence of the three key parameters to the test.

Electric tool Interturn insulation Front time Source impedance of pulse generator Impulse voltage amplitude

TM08

A

1674-2796（2014）04-0014-03

2014-04-13

吴文俊（1985—），男，本科，主要从事电动工具标准制修订和检测认证工作。