用介质损耗分析变频电机匝间绝缘老化特性

变频电机匝间绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波的作用,为探讨工频正弦电压作用下具有很大差异的老化机理,通过采用工频正弦和高压脉冲方波两种电压源对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行了电热联合老化对比试验,测量损耗角正切tanδ随老化时间的变化趋势,并结合热刺激电流测量结果,分析了电压形式对匝间绝缘介质损耗产生和发展的作用机理。试验结果表明:绝缘内部有放电发生时,放电与空间电荷协同作用使绝缘缺陷迅速增多;无放电时空间电荷反复注入和抽出造成绝缘损伤。两者都导致高压方波脉冲老化下绝缘材料的tanδ高于工频正弦老化下的tanδ;高压方波脉冲下空间电荷可能是导致绝缘材料最后击穿的原因。     

基于介电特征参量分析的变频电机匝间绝缘老化特性研究

连续高压双极性脉冲方波电压幅值、频率和工作温度与变频调速牵引电机匝间绝缘的寿命有着密切关系.本文对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样在不同电压幅值、频率、温度下进行加速老化试验,测试其介质损耗角正切值和试样电容随电压的变化特性.通过介质损耗产生机理分析和方波脉冲作用机理研究,结果表明:老化初期,局部放电起始放电电压随电压升高而升高,基本上不受频率的影响,其与空间电荷积累有关.温度在稍微变化(变大)的情况下对绝缘的影响都是很大的.脉冲方波幅值、频率和外界温度具有协同效应,一种因素的增强和减弱都会改变其他因素对绝缘影响的趋势.     

变频电机的匝间绝缘电老化机理

结合近年来国内外的文献资料,对变频电机匝间绝缘过早破坏机理进行了系统的阐述。变频电机的匝间电压特性与普通电机有着显著的不同,由此引起的局部放电是导致匝间绝缘快速老化的根本原因,而由局部放电产生的电子轰击、臭氧氧化等作用直接造成了匝绝缘的过早破坏。提高变频电机使用寿命的方法之一就是提高绝缘材料高温条件下的耐局部放电能力,即提高绝缘材料在较高温度下的耐臭氧侵蚀能力和耐空间电荷的破坏能力。     

变频电机绝缘材料关键性能及纳米改性研究进展

本文分析了脉冲电压作用下变频电机绝缘材料的关键性能。在高频脉冲电压作用下,电机绕组匝间绝缘产生的强烈局部放电,是导致变频电机绝缘破坏的主要原因。空间电荷在介质内部的分布特性,决定了介质的老化状态。热降解过程中,分子链断裂的同时生成离子基团以及气态小分子产物,加速了材料劣化过程。最后,总结了纳米改性聚酰亚胺薄膜的研究进展。     

局部放电作用对变频电机匝间纳米复合绝缘的损伤机理研究

局部放电是变频电机匝间绝缘过早失效的主要原因之一。在双极性连续方波脉冲电压下对变频电机匝绝缘试样进行老化试验,测试了不同老化阶段的局部放电次数及平均放电幅值,采用扫描电镜观察了不同老化阶段试样绝缘介质表面的微观形貌变化规律及击穿点特征。研究结果表明:老化过程中,平均放电幅值及放电次数与老化时间的关系比较复杂,但总体上呈上升趋势;局部放电对纳米复合材料的侵蚀主要是造成聚合物基体降解,无机纳米填料因为其较强的键能而残留在介质表面上并建立起一层无机绝缘层,从而有效阻止局部放电对介质的进一步侵蚀,纳米复合绝缘介质表面生成的团絮物及孔洞将加速绝缘降解,最终导致绝缘寿命终止。     

高频方波脉冲下变频电机绞线对的局部放电特性分析

基于脉冲电流传感器建立了一套方波脉冲下的局部放电测试系统,并对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样进行局部放电试验。测试并分析了脉冲电压的频率和上升时间对局部放电起始放电电压、平均放电量和放电次数的影响,探讨了绞线对在方波脉冲电压下的局部放电机理,为更深入地研究方波脉冲电压下绝缘老化机理打下了坚实的基础。     

重复脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电特征的影响

为研究重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘的局部放电特征影响规律,基于超高频天线、检波技术和宽带、高速数据采集和传输技术设计了重复脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测系统。研究了变频电机匝间绝缘在不同上升时间重复脉冲电压下的局部放电统计特性并对其机理进行了分析。结果表明:在微秒级的上升时间下,脉冲电压极性快速翻转导致变频电机绝缘薄弱处空间电荷电场和外部电场叠加,易超过局部放电起始电压,从而产生次数较多的小幅值放电,且放电幅值随着上升时间的减小而增大,但单个周期放电总量逐渐减少。因此设计耦合传感器时应根据重复脉冲上升时间和局部放电脉冲频域能量分布特点,设计高频响应较好的传感器,避免脉冲电源干扰使测试灵敏度降低,从而得到准确反映电机绝缘水平的PDIV和RPDIV。     

PWM脉冲电压下变频电机匝间绝缘研究

定子绕组匝间绝缘失效是导致变频电机损坏的主要原因。以湘电1 650 V变频电机匝间绝缘结构为研究对象,对匝间绝缘用FMB-40线对和耐电晕FCRMB-40线对进行高频方波脉冲老化试验,分析两者老化前后介质损耗与局部放电的变化。结果表明:施加幅值2.0 k V、频率20 k Hz的方波脉冲电压老化1 000 h后,两种结构都通过了老化试验。其中耐电晕FCRMB-40线对的表现较优,用于1 650 V变频电机匝间绝缘具有更佳的电气可靠性。     

脉冲频率及环境温度对变频电机绝缘耐电晕寿命影响研究

为研究脉冲频率及环境温度对变频电机绝缘耐电晕寿命的影响,在低频50 Hz和高频10 k Hz、上升时间和下降时间固定为25 ns的双极性对称重复脉冲电压及不同环境温度下,对变频电机匝间绝缘进行耐电晕寿命实验,研究不同重复脉冲电压频率下环境温度对变频电机耐电晕性能的影响规律。结果表明:相同环境温度下,电压频率的升高对放电试样有明显的温升效应;低频下,放电发生后,试样放电点表面温度随着环境温度的改变而改变;高频下,放电发生后,试样放电点表面温度在环境温度基础上有明显的温升效应。耐电晕测试结果中的放电能量统计显示,常温下局部放电主导的电老化可能是变频电机绝缘失效的主要原因,而高温高频下绝缘破坏是电热联合老化作用的结果。     

基于局部放电统计参量的脉冲电压下绝缘老化分析

主要针对匝间和对地绝缘电磁线在脉冲电压下老化后的局部放电特征进行了研究.通过不同老化时间的局部放电相位相关分析,在高频脉冲电压下老化后放电次数相位分布出现明显的"放电丛"现象,并通过工频老化后的局部放电结果对此加以证实.通过两种不同电磁线老化特征对比,匝间绝缘和对地绝缘呈现不同的放电特征,匝间主要以内部气隙放电为主,而对地绝缘电磁线则以槽放电为主.此外,测量和分析了局部放电统计参量(如偏斜度、峭度、不对称度等)随老化时间的变化,结果表明平均放电量的偏斜度和老化时间有着一定联系.为更深入地研究脉冲电压下绝缘老化机理打下了坚实的基础.     

高频脉冲下牵引电机绝缘的局部放电特性

变频牵引电机定子绝缘承受来自变流器的连续高压方波脉冲,可能导致绝缘过早失效,其老化机理与工频交流电压作用下差异很大。局部放电是导致变频调速牵引电机绝缘失效的主要原因之一。研究高频方波脉冲下的局部放电特性为牵引电机绝缘材料的改进和优化提供理论基础,试验分析了普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜制成的电磁线寿命,结果发现纳米试样的寿命得到很大提高。针对普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜研究了不同脉冲频率、上升时间和温度对放电起始电压、平均放电量和放电次数的影响。结果表明,频率的增加、上升时间的缩短和温度的增加加剧了局部放电活动,普通薄膜试样的局部放电活动更强,其原因是纳米粒子的添加导致纳米复合薄膜存在大量界面区和电导率增加,电荷的迁移速率增大,空间电荷累积效应减弱。     

高频脉冲方波局部放电特征参量比较的研究

局部放电是导致变频电机绝缘过早损坏的主要原因之一.本文研究了在高频脉冲方波条件下,脉冲方波幅值和温度的变化对局部放电特征参量的影响.对相同外界条件下的脉冲方波局部放电特征参量与工频局部放电特征参量进行了对比分析,结果表明高频脉冲方波局部放电对绝缘材料的破坏性远大于工频局部放电的破坏性.     

周期性脉冲电压作用下绝缘局部放电的测量与分析

局部放电是导致变频电机绝缘失效的主要原因之一.逆变器输出的脉冲方波上升沿陡、频带宽,使局部放电测量更加困难.文中采用脉冲电流传感器有效地测量出脉冲方波下的局部放电,利用小波包方法提取局部放电信号,并根据其统计结果,探讨了脉冲方波幅值和频率对放电次数、最大放电量、平均放电量的影响,为研究绝缘材料在脉冲方波下的老化机理创造了条件.     

用于变频电机绝缘测试的PWM电压发生器

在变频电机绝缘测试中,重复脉冲方波电压不能完全模拟变频器输出的PWM电压反映变频电机绝缘失效机理,并且同一实验中使用不同电源影响实验数据的一致性。该文章设计了一台直接输出式PWM电压发生器,既可以输出模拟变频器实际的SPWM电压和SVPWM电压用于绝缘测试,又可以输出重复脉冲方波电压开展对比实验。首先,设计了基于FPGA的脉冲信号发生器,产生基波频率、开关频率可调的SPWM、SVPWM触发脉冲以及频率、占空比可调的重复方波脉冲;然后,设计了基于固态推挽开关的斩波器,在脉冲信号的触发下输出对应的双极性高压脉冲;最后,使用该脉冲电压发生器开展了SPWM电压下变频电机绝缘局部放电实验,验证了系统的可靠性和实用性。     

连续方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜局部放电特性的影响

为了评估温度对局部放电(partial discharge,PD)特性的影响,对连续方波脉冲电压条件下的局部放电测试系统进行了改进,并采用该系统测试变频电机用聚酰亚胺纳米复合薄膜在不同温度条件下的局部放电特性,分析了不同温度下的局部放电散点图、放电次数及绝缘寿命。试验结果表明:局部放电多集中在方波脉冲的上升沿及下降沿附近,且在电压负半周期平顶区内,出现了大量放电;同时,随着实验温度的增加,局部放电次数及放电幅值虽然降低,但聚酰亚胺的绝缘寿命也逐渐降低,这说明局部放电只是引起聚酰亚胺纳米复合薄膜绝缘失效的原因之一,高温条件下活性电子的入陷、脱陷过程及空间电荷造成的电场畸变可能是诱导绝缘失效的另一个因素。     

高频连续脉冲作用下电机绝缘局部放电信号的提取

局部放电是引起PWM变频电机绝缘在高频连续脉冲条件下发生老化的重要因素之一,严重时将导致电机绝缘的击穿.由于高频连续脉冲的上升时间为ns级且幅值为kV级,既加剧了电机绝缘的老化程度,也对局部放电检测系统提出了高要求.为了有效提取局部放电信号,本文提出一种新型的脉冲电流传感器(ICS).基于该传感器建立了一套局部放电测试系统,以牵引电机电磁线绞线对为试样进行局部放电测试.测量结果表明该测试系统能有效提取平顶区域的局部放电信号,对研究脉冲电压作用下的局部放电对绝缘老化的影响具有重要价值.     

高压脉冲方波下聚酰亚胺薄膜电老化寿命模型

逆变器输出的高压脉冲方波会导致变频调速牵引电机绝缘过早损坏,其老化机理与工频交流电压下不同.利用一种高压脉冲绝缘老化试验系统模拟变频器对变频调速牵引电机定子绕组绝缘的老化作用,以聚酰亚胺薄膜为试验对象,研究了脉冲方波幅值、频率对绝缘寿命的影响,提出了高压脉冲方波下绝缘材料的电老化寿命模型.     

电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究

高频冲击局部放电(PD)测试可以有效的检测电机绝缘系统的绝缘状态。根据传感器的不同,电机绝缘系统在高频冲击下PD测试方法主要有两种:高频电流传感器法和超高频天线法。试验表明:在高频冲击电压下,PD主要发生在冲击的上升沿和下降沿,在同一放电电压下,上升沿和下降沿的PD幅值较大;在风力发电机定子绝缘系统鉴别试验中,随着老化试验的进行,线圈的PD起始电压总体呈下降趋势。通过鉴别试验,可以确定绝缘系统的冲击电压绝缘等级及类型。     

Partial discharge inception and propagation characteristics of magnet wire for inverter-fed motor under surge voltage application

In inverter-fed motor coils, surge voltages with the rise time of several tens or hundreds of nano-second may cause partial discharge (PD) and degradation of electrical insulation performance of the inverter-fed motor coils. This paper discusses PD inception characteristics as well as PD propagation characteristics after PD inception for magnet wire of inverter-fed motor under surge voltage application. Experimental results firstly revealed that PD inception voltage (PDIV) decreased with the increase in the length of enamel-coated wire, which was evaluated in terms of the stressed wire contact length under surge voltage application, i.e. size effect. We proposed a regression line for the size effect on PDIV for the electrical insulation design of inverter-fed motor coils. Secondly, PD propagation characteristics were also investigated under the higher voltage application, and their mechanisms were discussed in terms of generation probability of initial electrons, space charge behavior in the wedge-shaped air gap, charging on the enamel surface and so on