インバータ駆動モータにおける部分放電の発生メカニズムと絶縁劣化対策

第1部 インバータサージによる高分子絶縁材料の絶縁破壊メカニズムと対策

(2017年5月17日 12:30〜14:30)

　高効率化の観点からインバータ制御のモーター等が使用されていますが、同時にインバータサージが発生し、絶縁システムに大きな影響を及ぼすことが知られています。 　本講演は電気工学を学んだ初級絶縁技術者を対象とし、絶縁破壊、絶縁劣化の基礎を学ぶとともに産業上・工学上・学術上非常に重要となっているインバータサージが絶縁システムに与える影響およびその対策を具体的研究例を含めて紹介します。

1. 固体および気体絶縁体の絶縁破壊メカニズムの基礎
   1. 電子的破壊
   2. 熱的破壊
   3. 電気機械破壊
   4. 空間電荷、部分放電、電気トリー
   5. 気体 – 固体複合絶縁系
2. インバータサージによる絶縁破壊メカニズムの基礎とその対策例
   1. インバータサージが絶縁システムに与える影響
   2. IEC規格
   3. インバータサージ下における部分放電計測
   4. 絶縁破壊対策法 (部分放電に耐える、部分放電を起こさない)
   5. インバータサージ関連の研究情報
• 質疑応答

第2部 インバータ駆動モータの絶縁劣化と絶縁診断技術

(2017年5月17日 14:45〜17:00)

　ハイブリッドカー (HEV) や電気自動車 (EV) のインバータ駆動モータの開発において、小形軽量化とともに、高電圧化による高回転・高出力化が進められている。過酷な使用条件下におけるこれらエコカーの高い安全性の確保のためには、モータの絶縁性能の確保が要求される。しかし、インバータ駆動モータ特有のインバータサージと呼ばれる立ち上がりの急峻なインパルス電圧によるモータ絶縁システムのトラブルの発生が危惧されており、開発現場では今、その対策と計測評価技術が重要な課題となっている。 　モータ絶縁の劣化損耗はこの繰り返しサージ電圧によって発生する部分放電が主原因であるが、その発生メカニズムや検知の方法は、従来のAC電圧の場合と比べて大きく異なっており、十分に理解されていない。その理由は、ナノ秒時間スケールの部分放電現象の発生が、様々な環境要因 (気圧、温度、湿度) で複雑に変化するためである。 　電気学会調査専門委員会では、多くのメーカと大学が協力しながら2014年に発行された国際電気標準会議 (IEC) 規格に準拠した共通試験を実施し、実機モータでの絶縁評価法について詳しく調べてきた。本講演では、調査委員会でまとめた部分放電特性とその共通実験内容を中心に基礎からわかりやすく紹介する。

1. はじめに
   1. 誰でもわかるインバータサージとモータ絶縁
   2. 電気学会調査専門委員会の関連活動報告のまとめ
2. モータ寿命を左右する部分放電はなぜ起きるのか?
   1. 部分放電とは何か?
   2. インバータサージの伝搬特性とは?
   3. 様々な周囲環境で変化する部分放電特性とは?
   4. 部分放電が発生する電圧の予測方法とは?
3. 実機モータの部分放電を計測する方法とは?
   1. 急峻なサージを模擬するインパルス試験器
   2. 各種部分放電測定器
4. 国際電気標準会議 (IEC) が定める部分放電フリーの規格とは?
   1. 絶縁システムの認証・型式試験方法
   2. 導入されるインパルス電圧絶縁クラスとは?
   3. インパルス試験電圧波形の規定と結線方法
5. 実機モータを用いたインパルス絶縁評価試験の実例紹介
   1. モータ、試験方法、電源と計測器
   2. 繰り返しインパルス電圧波形に対する部分放電開始電圧特性
   3. 周囲環境 (温度、湿度、気圧) に対する部分放電開始電圧特性
   4. 部分放電フリーを検証するための注意点
   5. 各コイルの分担電圧と部分放電発生箇所の推定
6. 優れた耐サージ特性をもつモータ巻線とは?
   1. エナメル線ツイストペアの寿命特性
   2. ナノコンポジットエナメル巻線の性能評価
   3. 部分放電による絶縁劣化の要因とメカニズム
7. まとめと今後の課題
• 質疑応答