實踐證明，過去幾十年發展起來的工頻正弦波電壓下的電機絕緣設計理論，并不能適用于交流變頻電機。有必要研究變頻電機絕緣的損壞機理，建立交流變頻電機絕緣設計的基礎理論，制定交流變頻電機的行業標準。

　　1.局部放電和空間電荷

　　目前，變頻調速交流電機由IGBT(絕緣柵二極管)技術PWM(脈寬調制n-脈寬調制)逆變器控制。其功率范圍約為0。75~500千瓦。IGBT技術可以提供20~100μs的極短上升時間的電流，產生的電脈沖具有非常高的開關頻率，達到20kHz。

　　當快速上升沿電壓從變頻器到達電機端時，由于電機和電纜之間的阻抗不匹配，會產生反射電壓波。這個反射波返回到變頻器，然后由于電纜和變頻器的阻抗不匹配而感應出另一個反射波加到原來的電壓波上，從而在電壓波的前沿產生一個峰值電壓。峰值電壓取決于脈沖電壓的上升時間和電纜的長度。

　　一般情況下，當導線長度增加時，導線兩端都會產生過電壓，電機端的過電壓幅值隨著電纜長度的增加而增加，并趨于飽和，而電源端的過電壓比電機端的小，幾乎與電纜長度無關。

　　試驗表明，過電壓發生在電壓的上升沿和下降沿，并衰減振蕩，其衰減服從指數規律，振蕩周期隨電纜長度增加而增大。PWM驅動脈沖波形有兩種頻率，一種是開關頻率。峰值電壓的重復頻率與開關頻率成比例。

　　另一種是基頻，直接控制電機的轉速。在每個基頻的開始，脈沖的極性是從正到負或從負到正。此時，電機絕緣承受兩倍于峰值電壓的滿幅電壓。

　　此外，在繞組分散的三相電機中，不同相的相鄰兩匝之間的電壓極性可能不同，滿幅電壓的跳變也可能達到一個峰值電壓值的兩倍。

　　根據測試，PWM逆變器輸出的電壓波形峰值電壓為11。2~1.380/480伏交流系統中的5kV和11。6~1.576/600伏交流系統中的8kV。顯然，在這種滿幅電壓的作用下，繞組匝間會發生表面局部放電。

　　由于電離，空氣間隙中會產生空間電荷，從而形成與外加電場相反的感應電場。當電壓極性改變時，該反向電場與施加的電場方向相同。這樣就產生了更高的電場，會導致局部放電次數增加，最終導致擊穿。

　　試驗表明，作用在這些匝間絕緣上的電擊幅度取決于導體的具體性能和PWM驅動電流的上升時間。如果上升時間小于0.1μs，80%的電勢將施加到繞組的前兩圈，即上升時間越短，電氣影響越大，匝間絕緣的壽命越短。

　　2.介電損耗發熱

　　當E超過絕緣子的臨界值時，其介質損耗迅速增加。當頻率增加時，局部放電增加，產生熱量，引起更大的漏電流，從而使Ni上升更快，即電機溫度上升，絕緣老化更快。總之，電磁線的過早損壞是變頻電機中上述局部放電、電介質發熱、空間電荷感應等因素共同作用的結果。

　　采用PWM變頻電源來提高變頻電機端電壓的振蕩幅度。因此電機的主絕緣、相絕緣和絕緣漆承受更高的電場強度。經測試，由于逆變器輸出端電壓上升時間、電纜長度、開關頻率的綜合影響，上述端電壓峰值可超過3kV。

　　此外，當電機繞組匝間發生局部放電時，絕緣中分布電容儲存的電能會轉變為熱能、輻射能、機械能和化學能，使整個絕緣系統劣化，降低絕緣的擊穿電壓，最終導致絕緣系統擊穿。

　　3.周期性交變應力引起的絕緣加速老化

　　采用PWM變頻電源，變頻電機可以在很低的頻率、很低的電壓、無沖擊電流下啟動，并可以通過變頻器提供的多種方式快速制動。由于變頻電機可以實現頻繁的啟動和制動，電機絕緣經常處于循環交變應力的作用下，加速了電機絕緣的老化。

　　普通異步電機中電磁激振力和機械傳動引起的振動等問題，在變頻電機中變得更加復雜。變頻電源中包含的各種時間諧波干擾電磁部分固有的空間諧波，形成各種電磁激振力。

　　同時，由于電機工作頻率范圍寬，轉速變化大，當與機械部分的固有頻率一致時，就會發生共振。在電磁激振力和機械振動的影響下，電機絕緣受到更加頻繁的循環交變應力，加速了電機絕緣的老化。