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
（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
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
SiC 800V EV：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。
驱动电机绝缘系统测试技术
PDIV：PD inception voltage (局部放电起始电压)
PDEV extinction voltage (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）So and so: 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TYPE II（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。
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
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
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：电动汽车匝间绝缘
Hairpin绕组匝间绝缘PDIV随脉冲上升时间减小而降低，绝缘寿命缩短。
(3) PWM参数对绝缘影响：死区时间 ( △ )
实验使用0-50us共计10个死区时间梯度，对同一电机的同一相进行测试
搭建电控参数+环境参数绝缘测试平台
SiC应用后变频驱动电机通过输出的更高频、更高dV/dt PWM电压驱动
变频驱动电机服役周期长，环境动态波动大，工况条件复杂，在复杂环境应力(温度、湿度、气压、油液)与高频、高dV/dt电应力耦合作用条件下，绝缘可靠性遭受严重挑战，易发生局部放电，造成绝缘早期失效，引发安全事故。
SiC驱动下更高频、更高dV/dt PWM电压，加重定子内部铜耗、磁滞损耗和涡流损耗现象，加之导体基波损耗和介质材料产生的热量，定子绕组绝缘的最高温度可达到100℃以上，致使电机定子温度快速提升。
温度升高，分子热运动加剧，驱动电机定子绝缘起始放电场强降低。
环境参数对绝缘影响测试：气压
新能源汽车驱动电机服役海拔约为0-5000m,气压分布在101kPa-50kPa。
气压能促进局部放电发展，增加放电强度，增大烧蚀面积造成绝缘过早失效。
气压严重削弱PDIV，仅依靠标准气压下标准不足以保证驱动电机绝缘安全可靠性。
环境参数对绝缘影响测试：电热油联合老化
工艺对绝缘影响测试：环氧灌封
（1）测试环氧灌封电机在接近真空环境(5Pa-500Pa)与常压(101kPa)运行下，绝缘的局部放电起始电压(PDIV)及放电特性分析。
（2）验证变频电机在新工艺(膜包线、环氧树脂封装)应用后其绝缘性能变化情况。
驱动电机绝缘系统寿命评估（略）
作者：国家双创示范基地超导与新能源中心 新能源与电气绝缘实验室、四川大学 电气工程学院 朱英伟
