CN113219311A - 一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，测量漆膜厚度H_测量，并获取预设的测试电压U_客户和耐电晕时间T_客户，将测试电压U_客户和漆膜厚度H_测量代入由耐电晕时间预测模型获得的最优拟合曲线中，得到拟合值Ln(T_拟合)，进一步得到拟合时间T_拟合，判断拟合时间T_拟合是否大于所述耐电晕时间T_客户，符合条件则执行快测法。本发明结合测试需求，利用拟合曲线快速准确评估漆包线的耐电晕时间且有效降低耐电晕测试时间，将耐电晕测试时间由30h以上缩短至4h以内，能够有效降低因耐电晕测试时间过长而导致成品线报废或降级的几率，降低生产的损耗和成本。

Description

一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法

技术领域

本发明涉及漆包线的检测领域，特别是一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法。

背景技术

随着电子技术快速发展，基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的变频驱动技术因其能节能、故障率低、使用方便等优点而在新能源驱动电机、家电、军工、治金等领域有着广泛的应用。但是为变频技术供电的脉冲电源具有极陡的上升沿、脉冲电压变化速度快和高重复率、频率高等特性，这些特性导致变频电机内部的漆包线产生严重的局部放电，同时伴随着损耗及发热量增加、磨损、机械振动、匝间击穿等现象，加速绝缘材料老化，导致变频电机过早失效。

解决上述问题的有效方法是用耐电晕漆包线代替传统的漆包线，漆包线在通入高频变化电压工作时，其表面和导线内部会产生不均匀电场，在不均匀的强电场作用下，曲率半径小的导体电极对周围气体放电，会导致气体局部游离，这种现象称为电晕。游离后的离子、电子又冲击高分子链，加上放电而产生的臭氧的作用和局部发热现象，将使漆层表面高分子材料产生裂解而导致变脆以至龟裂，最终导致绝缘漆层击穿，漆包线漆层抵抗电晕作用而保持使用特性的能力，称为耐电晕性，而耐电晕时间为耐电晕性的重要参考指标。

在耐电晕漆包线生产工艺过程中，耐电晕时间测试至少需要30h以上，在这30h内，车间不停机连续生产，若耐电晕时间测试合格，则成品线入库，若耐电晕时间测试不合格，则成品线报废或降级转为普通线，重新调整工艺参数，重复上述过程，直至耐电晕时间测试合格。

在生产过程中，影响耐电晕时间的因素主要包括两方面：一方面是耐电晕测试仪器参数，如降低上升沿时间、升高频率、温度、电压等都会缩短试样的耐电晕时间，其中升高电压能够明显缩短耐电晕时间，因此多数研究利用寿命曲线方程(t＝kU^-n)，分析耐电晕时间与测试电压的拟合关系曲线，通过升高测试电压缩短耐电晕测试时间，但是，若更换漆包线规格时，每次需重新计算寿命曲线方程，步骤繁琐。另一方面是漆膜厚度，漆包线规格越大，漆膜厚度越厚，耐电晕时间越长，因此可将漆包线按一定比例拉伸，使漆膜变薄，进而探索拉伸率与耐电晕时间的关系，但此方法破坏了耐电晕漆包线的固有形态，无法准确快速评估耐电晕时间。因此，研究耐电晕时间快速测试方法具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术中耐电晕时间测试长且无法准确快速评估耐电晕时间的缺陷，本发明的目的是结合测试需求，利用拟合曲线快速准确评估漆包线的耐电晕时间且有效降低耐电晕测试时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，包括以下步骤：

测量漆膜厚度H_测量，并获取预设的测试电压U_客户和耐电晕时间T_客户；

将测试电压U_客户和漆膜厚度H_测量导入拟合曲线中，得到拟合值Ln(T_拟合)，进一步计算得到拟合时间T_拟合＝e^Ln(T拟合)；

判断拟合时间T_拟合是否大于所述耐电晕时间T_客户；

若大于，则为符合条件，执行快测法；

若不大于，则为不符合条件，调整影响漆包线耐电晕时间因素重新计算以使拟合时间T_拟合大于所述耐电晕时间T_客户，其中至少包括以下调整方式之一：

1)通过调整表漆比例进行改变漆膜厚度；

2)通过调整偏心度或微针孔进行改变拟合曲线。

进一步地，所述快测法包括以下步骤：

设定快测电压U_快测，并将快测电压U_快测和漆膜厚度H_测量代入拟合曲线中，进而获取耐电晕快测法所需时间T_快测，利用Minitab—统计—回归—回归—预测—输入快测电压U_快测和漆膜厚度H_测量，获得置信度为95％的耐电晕快测法所需时间T_快测的预测阈值，即获得预测阈值为T_快测min＜T_快测＜T_快测max；

由测试电压U_客户和耐电晕时间T_客户以快测电压_快测替换计算获得符合条件的耐电晕时间临界值T_临界值，其中所述耐电晕时间临界值T_临界值的计算公式如下：

判断耐电晕快测法所需时间T_快测与耐电晕时间临界值T_临界值的大小关系以获取符合条件的测试结果，包括以下测试判断步骤：

1)若耐电晕快测法所需时间T_快测＞耐电晕时间临界值T_临界值，则符合条件，具体地，即若T_快测min＞T_临界值，为满足客户要求或预设要求；

2)若耐电晕快测法所需时间T_快测≈耐电晕时间临界值T_临界值，则基本符合条件，具体地，即若T_快测min≤T_临界值≤T_快测max，为基本或尚可满足客户要求或预设要求；

3)若耐电晕快测法所需时间T_快测＜耐电晕时间临界值T_临界值，则不符合条件，即若T_快测max＜T_临界值，为未能满足客户要求或预设要求，需调整生产工艺。

作为本发明的进一步改进：所述拟合曲线由一种耐电晕时间的预测方法所得，包括以下步骤：

获取多组不同漆膜厚度H且相同直径的导体在多个通道下试样的耐电晕时间T；

根据上述获得的数据，构建耐电晕时间预测模型：

将实际测试选用的漆膜厚度H以相同的电压U测试得到的耐电晕时间T导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述预测模型的常数m、n、c的数值，获得拟合曲线：

利用拟合曲线预测评估并输出耐电晕时间的拟合值。

进一步地，获取多个试样的耐电晕时间的方法包括以下至少之一：

同一组的试样在N个通道下所获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的同一顺序位数值作为耐电晕时间T的数值；

同一组的试样在N个通道下所获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的两个同顺序位数值，并取两个数值的平均值作为耐电晕时间T的数值。

具体地，一种耐电晕时间的预测方法，包括以下步骤：

1.耐电晕漆包线的制备：

在相同的生产工艺条件下，制备了多组及每组包含5种不同规格的耐电晕漆包线，同时记录并测试各规格下的漆膜厚度；

2.耐电晕时间数据选取原则：

耐电晕测试是将同一组试样放入5个测试通道中，待试样失效后，记录耐电晕时间；

各试样选用导体为0.6mm的耐电晕漆包线，在设定电压为3.0kV及其他条件不变的情况下，记录具体耐电晕时间如下表：

因试样之间存在的差异，如偏心度不同、微针孔不同等等，导致同组试样的耐电晕时间存在差别，因此设定以下数据选取方法：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第三个试样失效时间作为耐电晕时间，记为T_0.6；

3.构建耐电晕时间预测模型并获得拟合曲线：

利用Minitab—统计—回归—拟合回归模型，经分析验证得T_0.6与设定电压U及漆膜厚度H的最优拟合曲线为；

4.耐电晕时间测试及拟合曲线的准确性证实：

在温度为155℃、频率为20kHz、上升沿时间为100ns的条件下，仅改变单一变量电压U_变量(4kV、3.8kV、3.5kV、3.0kV)，测量试样在不同变量电压下的耐电晕时间T_实测，并记录；

将各测试漆包线对应的变量电压U_变量及对应的漆膜厚度H_测量代入拟合曲线中，得到相应的拟合值Ln(T_拟合)，并记录；

具体如下表：

将不同导体大小的漆包线中不同漆膜厚度在不同电压下实际测试的耐电晕时间实测值和对应的等同条件因素下计算的拟合值对比，并得到两者的差值，根据差值可以反映出耐电晕时间实测值与拟合值非常接近，进一步证实拟合曲线的准确性。

作为本发明的另一种优选方案，在其他条件不变的情况下，选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第二个试样失效时间作为耐电晕时间，记为T_中部，构建耐电晕时间预测模型并选取每组试样对应耐电晕时间T_中部及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_中部和测试电压U_中部导入所述预测模型中获得拟合曲线：

作为本发明的另一种优选方案，在其他条件不变的情况下，选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第一个试样失效时间和第三个试样失效时间的平均值(国际数据选取方式)作为耐电晕时间，记为T_平均，构建耐电晕时间预测模型并选取每组试样对应耐电晕时间T_平均及该耐电晕时间对应的两个漆膜厚度的平均值H_平均和测试电压U_平均导入所述预测模型中获得拟合曲线：

作为本发明的另一种优选方案，在其他条件不变的情况下，选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第一个试样失效时间作为耐电晕时间，记为T_min，构建耐电晕时间预测模型并选取每组试样对应耐电晕时间T_min及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_min和测试电压U_min导入所述预测模型中获得拟合曲线：

作为本发明的另一种优选方案，在其他条件不变的情况下，选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第五个(最大数值)试样失效时间作为耐电晕时间，记为T_max，构建耐电晕时间预测模型并选取每组试样对应耐电晕时间T_max及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_max和测试电压U_max导入所述预测模型中获得拟合曲线：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用耐电晕时间与测试电压及漆膜厚度的拟合关系曲线，将耐电晕测试时间由30h以上缩短至4h以内，能够有效降低因耐电晕测试时间过长而导致成品线报废或降级的几率，降低生产的损耗和成本。

本发明进一步限定了耐电晕时间(T)与测试电压(U)及漆膜厚度(H)的拟合曲线，明确耐电晕时间数据选取原则，有效避免因耐电晕时间数据分散性大而造成的拟合误差，且利用Minitab分析耐电晕时间与预设电压及漆膜厚度的拟合关系曲线，并进一步给出置信度为95％的置信区间阈值。该拟合曲线能够预测任意规格及测试电压下的耐电晕时间，结合客户测试及要求，将耐电晕时间测试缩短至4h以内。

具体实施方式

现结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1：

一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，选用导体为1.06mm的漆包线，测量其实际生产过程中漆膜厚度H_测量为93um，预设要求为漆包线在测试电压U_客户为3kV的测试下，耐电晕时间T_客户至少在30h以上。

将测试电压U_客户和漆膜厚度H_测量导入拟合曲线

中，得到拟合值Ln(T_0.6)＝3.6572,进一步计算拟合时间T_拟合0.6＝e^3.6572＝38.75，该拟合时间大于预设要求的耐电晕时间T_客户＝30，符合条件或满足客户要求，可执行快测法。

所述快测法包括以下步骤：

设定快测电压U_快测＝4kV，并将快测电压U_快测＝4kV和漆膜厚度H_测量＝93um代入拟合曲线中，进而获取耐电晕快测法所需时间T_快测＝4.71，利用Minitab—统计—回归—回归—预测—输入快测电压U_快测和漆膜厚度H_测量，获得置信度为95％的耐电晕快测法所需时间T_快测的预测阈值，即获得预测阈值为3.9789＜T_快测＜5.5382；

计算所述耐电晕时间临界值T_临界值如下：

在实际生产过程中：

若T_快测＞3.646，则满足预设要求；

若T_快测≈3.646，则尚可满足预设要求；

若T_快测＜3.646，不满足预设要求，需调整工艺；

显然，本实施例中，预测阈值为3.9789＜T_快测＜5.5382，T_快测均大于T_临界值，满足客户要求。

实施例2：

在实施例1的基础上，构建耐电晕时间预测模型，并选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第二个试样失效时间作为耐电晕时间，记为T_中部，构建耐电晕时间预测模型并选取每组试样对应耐电晕时间T_中部及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_中部和测试电压U_中部导入所述预测模型中获得拟合曲线：

然后重复实施例1的测试步骤及快测法步骤，依然可快速评估耐电晕时间。

实施例3：

在实施例1的基础上，构建耐电晕时间预测模型，并选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第一个试样失效时间和第三个试样失效时间的平均值(国标数据选取方式)作为耐电晕时间，记为T_平均，获得拟合曲线：

然后重复实施例1的测试步骤及快测法步骤，依然可快速评估耐电晕时间。

实施例4：

在实施例1的基础上，构建耐电晕时间预测模型，并选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取第一个试样失效时间(最小值)作为耐电晕时间，记为T_min，获得拟合曲线：

然后重复实施例1的测试步骤及快测法步骤，依然可快速评估耐电晕时间。

实施例5：

在实施例1的基础上，构建耐电晕时间预测模型，并选用以下耐电晕时间数据选取原则：

将每组试样的耐电晕时间按由小到大排列，取最后一个试样失效时间(最大值)作为耐电晕时间，记为T_max，获得拟合曲线：

然后重复实施例1的测试步骤及快测法步骤，依然可快速评估耐电晕时间。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种耐电晕时间的预测方法，其特征在于：

获取多组不同漆膜厚度H且相同直径的导体在多个通道下试样的耐电晕时间T；

根据上述获得的数据，构建耐电晕时间预测模型：

将实际测试选用的漆膜厚度H以相同的电压U测试得到的耐电晕时间T导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述预测模型的常数m、n、c的数值，获得拟合曲线：

利用拟合曲线预测评估并输出耐电晕时间的拟合值。

2.根据权利要求1所述的一种耐电晕时间的预测方法，其特征在于：获取多个试样的耐电晕时间的方法包括以下至少之一：

同一组的试样在N个通道下所获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的同一顺序位数值作为耐电晕时间T的数值；

同一组的试样在N个通道下所获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的两个同顺序位数值，并取两个数值的平均值作为耐电晕时间T的数值。

3.一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，其特征在于：

测量漆膜厚度H_测量，并获取预设的测试电压U_客户和耐电晕时间T_客户；

将测试电压U_客户和漆膜厚度H_测量导入权利要求1或2所述的拟合曲线中，得到拟合值Ln(T_拟合)，并进一步得到拟合时间T_拟合；

判断拟合时间T_拟合是否大于所述耐电晕时间T_客户；

若大于，则为符合条件，执行快测法；

若不大于，则为不符合条件，调整影响漆包线耐电晕时间因素重新计算以使拟合时间T_拟合大于所述耐电晕时间T_客户，其中至少包括以下调整方式之一：

1)通过调整表漆比例进行改变漆膜厚度；

2)通过调整偏心度或微针孔进行改变拟合曲线。

4.根据权利要求3所述的一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，其特征在于：所述快测法包括以下步骤：

设定快测电压U_快测，并将快测电压U_快测和漆膜厚度H_测量代入拟合曲线中，进而获取耐电晕快测法所需时间T_快测，利用Minitab—统计—回归—回归—预测—输入快测电压U_快测和漆膜厚度H_测量，获得T_快测的预测阈值；

由测试电压U_客户和耐电晕时间T_客户以快测电压_快测替换计算获得符合条件的耐电晕时间临界值T_临界值；

判断耐电晕快测法所需时间T_快测与耐电晕时间临界值T_临界值的大小关系以获取符合条件的测试结果。

5.根据权利要求4所述的一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，其特征在于：所述耐电晕快测法所需时间T_快测与耐电晕时间临界值T_临界值的大小关系包括以下几种测试判断步骤：

1)若耐电晕快测法所需时间T_快测＞耐电晕时间临界值T_临界值，则符合条件；

2)若耐电晕快测法所需时间T_快测≈耐电晕时间临界值T_临界值，则基本符合条件；

3)若耐电晕快测法所需时间T_快测＜耐电晕时间临界值T_临界值，则不符合条件。

6.根据权利要求4所述的一种快速评估漆包线耐电晕时间的测试方法，其特征在于：所述耐电晕时间临界值T_临界值的计算公式如下：

7.根据权利要求2的一种耐电晕时间的预测评估方法，其特征在于：同一组的试样在N个通道下获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样中间的同一顺序位的耐电晕时间T_中部及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_中部和测试电压U_中部导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述拟合曲线为：

8.根据权利要求2的一种耐电晕时间的预测评估方法，其特征在于：同一组的试样在N个通道下获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的第一个顺序位的耐电晕时间的数值和第三个顺序位的耐电晕时间的数值，并取两者的平均值作为耐电晕时间T_平均，与该组耐电晕时间对应的漆膜厚度H_平均和测试电压U_平均导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述拟合曲线为：

9.根据权利要求2的一种耐电晕时间的预测评估方法，其特征在于：同一组的试样在N个通道下获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的第一个顺序位的耐电晕时间T_min及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_min和测试电压U_min导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述拟合曲线为：

10.根据权利要求2的一种耐电晕时间的预测评估方法，其特征在于：同一组的试样在N个通道下获得的耐电晕时间T的数值按由小到大顺序排列，选取每组试样的最后一个顺序位的耐电晕时间T_max及该耐电晕时间对应的漆膜厚度H_max和测试电压U_max导入所述预测模型中，再通过统计-回归验证得到所述拟合曲线为：