重复脉冲过电压对变频电机绝缘局部放电起始电压及熄灭电压的影响研究

研究重复方波电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)和局部放电熄灭电压(partial discharge extinction voltage,PDEV)的影响规律,有利于I型变频电机的绝缘性能评估。利用微控制器(microcontroller unit,MCU)的可编程控制及"示波器+微控制器+高压直流电源"的信号控制反馈链路,实现了变频电机绝缘PDIV及PDEV的自动测试系统;利用该系统,在不同上升时间的重复脉冲电压下,通过大量实验研究得到了双极性重复脉冲过电压对I型变频电机匝间绝缘PDIV及PDEV的影响规律及机理解释。结果表明:无论重复脉冲电压波形是否存在过电压,PDEV均小于PDIV;当重复脉冲电压波形由无过电压变化到有过电压时,PDIV及PDEV均增大,而PDIV与PDEV的差值减小。分析放电机理,认为过电压下较高的瞬时电场强度导致的场致发射是促使第一次放电产生的主要原因;借助于重复脉冲电压下局部放电相位谱图(partial discharge phase resolved,PRPD)的测试结果,认为无过电压下单周期内较多的放电次数对表面电荷积累的影响可能是导致PDIV和PDEV变化的主要因素。研究结论有望为重复脉冲电压下变频电机PDIV及PDEV的测试结论评估提供实验依据和机理解释。     

重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘局部放电起始电压影响研究

重复脉冲电压下绝缘局部放电起始电压(PDIV)测试是评估低压变频电机绝缘性能的主要手段。为得到客观的PDIV测试结果,必须研究重复脉冲参数对PDIV的影响规律。利用重复脉冲电压下的局部放电测试系统,研究了20 ns、40 ns、60 ns和1μs 4种上升时间下变频电机匝间绝缘PDIV的统计特性。结果表明:重复脉冲上升时间处的过电压是PDIV测试结果偏高的主要原因,20 ns上升时间下测得的PDIV比基本无过电压的重复脉冲PDIV测试结果高约30%,这是因为持续时间较短的过电压幅值虽超过了实际PDIV,但由于缺少激发电子崩的初始电子,未发生局部放电。在对变频电机绝缘进行PDIV测试时,应充分考虑重复脉冲上升时间处过电压对测试结果的影响。     

重复脉冲上升时间对低压散绕变频电机匝间绝缘PDIV影响研究

重复脉冲电压下的局部放电起始电压(PDIV)是评估低压散绕变频电机绝缘性能的重要参数.不同于传统正弦电压,采用重复脉冲对变频电机散绕绕组感性负载匝间绝缘进行PDIV测试时,脉冲上升时间和极性是重点考虑的参数.本文在50、75、100、200 ns 4种脉冲上升时间的重复脉冲电压下,研究脉冲上升时间对3台不同规格的低压散绕变频电机匝间绝缘PDIV及放电能量分布的影响规律,并解释了PDIV随脉冲上升时间变化的机理.结果表明:随着脉冲上升时间的减少,3种电机的PDIV值均呈减小趋势,最大下降率达到28.1％.重复脉冲极性对低压散绕变频电机PDIV测试结果的影响有限,表明正、负极性均可客观反映电机的PDIV性能.随着脉冲上升时间的增加,正、负极性下放电频域能量均呈由高频向低频移动的趋势.研究结果有望为低压散绕变频电机的PDIV测试和相关标准的修订提供参考.     

重复脉冲参数对变频电机绝缘PDIV测试信噪比影响研究

为研究强电磁干扰环境下复杂脉冲电压参数对局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试信噪比的影响,基于特高频检测法,在不同重复脉冲电压上升时间、频率和占空比下进行变频电机绝缘PDIV测试,并分析放电信号的时域和频域特性。研究表明,脉冲上升时间对0.5GHz以上高频放电能量影响显著,高频能量随上升时间增加而衰减,在不同上升时间下频域滤波会削弱放电能量,造成测试信噪比降低;脉冲频率升高,放电幅值减小且高频放电能量微弱,放电更易淹没于残余电力电子器件干扰中;具有较小占空比的脉冲电压下(如占空比为0.03%),下降沿处出现统计时延较短的小幅值放电,此时检测上升沿放电可适当提高PDIV测试信噪比。在执行低压散绕变频电机绝缘PDIV测试时,以上结果有望为重复脉冲电压参数选择和测试信噪比的提高提供参考依据,从而提升变频电机绝缘评估准确度。     

重复短脉冲上升时间对变频电机绝缘局部放电统计特性的影响

重复脉冲电压下的局部放电起始放电电压测试是评估低压变频电机绝缘性能的主要手段。为提高测试灵敏度,研究重复脉冲电压波形参数对局部放电统计特性的影响,设计了可产生最短上升时间为10 ns的重复短脉冲发生装置,并利用超高频及紫外测试方法,在10～100 ns上升时间的重复短脉冲电压下研究了变频电机匝间绝缘的局部放电统计特性。结果表明:随着重复短脉冲上升时间的增加,局部放电的幅值减小、相位增大;紫外光子数则先减小并在上升时间从80 ns变化至100 ns时增加,研究认为随着上升时间的增大,多个放电点产生放电的重叠机率减小,检测得到的放电重复率反而有可能增大。     

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。     

正弦及双极性脉冲电压下变频电机匝间绝缘PDIV对比分析

在频率为50 Hz的正弦、双极性方波和双极性短脉冲电压下,采用新能源汽车3种典型的具有耐电晕特性的匝间绝缘绞线对,研究了3种电压对其局部放电起始电压(PDIV)特性的影响规律。结果表明:频域滤波后的有效带宽内,双极性重复短脉冲及方波电压下的放电频域能量主要分布在0.5~0.9 GHz;保持其他测试环境不变,正弦及双极性重复方波电压下的PDIV几乎相等,而正弦和方波电压下的PDIV比双极性重复短脉冲下的PDIV低约20%,并且随着脉宽的增加,双极性重复短脉冲电压下的PDIV呈下降趋势。根据研究结果,在对匝间绝缘进行PDIV测试时,正弦和方波电压是较为保守评估变频电机匝间绝缘PDIV的测试电压;在对绞线对等容性试样进行PDIV测试时,可考虑采用正弦电压替代脉冲电压。     

重复方波电压频率对变频电机匝间绝缘放电的统计特性影响

采用电磁检测方法借助重复脉冲电压参数可调的高压脉冲电源构建脉冲电压下的绝缘局部放电检测平台,研究重复方波电压的频率变化对变频电机单点和多点匝间绝缘放电模型局部放电统计特性的影响规律.结果表明:随着频率增加,绝缘单点和多点放电幅值均显著减小,这可能是由放电后绝缘表面残留电荷分布特性发生改变、激发初始电子概率增加及表面温升增加等综合因素引起.根据研究结果,在进行电机绝缘放电检测时应仔细考虑方波脉冲电压频率对局部放电脉冲的影响,选择合适的电压频率以提升测试灵敏度和准确性.     

正弦和重复方波电压下变频电机绝缘局部放电特性对比

为对比研究正弦和重复脉冲电压下变频电机绝缘的局部放电特性,基于超高频测试技术搭建了两种电压条件下电机绝缘的局部放电测试平台。利用该平台,分别在正弦及200 ns上升时间的重复脉冲电压下,对低压变频电机漆包绝缘单点放电模型进行了局部放电测试,对比分析了正弦和重复脉冲电压下的局部放电单个脉冲的时频幅值、相位分布及频域能量分布、多个脉冲的统计谱图等特性,研究结果发现:对于相同峰峰值和频率的重复方波和正弦电压,重复方波电压下变频电机绝缘局部放电幅值及耐电晕寿命分别约为正弦电压下的10倍及1/3,且相位、时频域统计特性存在明显差异,在基于国际电工委员会标准对变频电机绝缘系统进行评估时,必须依据重复方波脉冲对放电特性及耐电晕寿命影响规律,重新考虑局部放电测试及耐电晕系统的设计。     

重复短脉冲及方波电压频率对变频电机绝缘局部放电统计特性影响

为研究重复短脉冲及方波电压频率对局部放电统计特性的影响规律,采用不同频率的重复短脉冲及方波电压对变频电机漆包线绞线对进行测试,得到了两种电压条件下频率对局部放电幅值及相位的影响规律。结果表明:在重复短脉冲及方波电压下,频率升高造成表面积累电荷衰减减小,促使初始电子出现概率增加,从而导致局部放电幅值减小;放电相位随频率变化可能会受到电压极性的影响,在高频重复短脉冲电压下放电相位延迟,在高频重复方波电压下放电相位提前;在重复方波电压下的放电幅值为0.2~2 V,高于重复短脉冲下的放电幅值。根据研究结论,在依据国际标准对变频电机绝缘性能进行检测时,为提高信噪比,推荐采用频率较小的重复方波电压。     

基于三线法的低压散绕变频电机绝缘短板判定方法研究

低压散绕变频电机匝间绝缘的局部放电起始电压（PDIV）随脉冲电压上升时间变化而变化,导致现行标准难以发现上升时间变化时的绝缘系统短板。对此,考虑脉宽调制上升时间,联合重复脉冲和正弦电压下的PDIV测试技术,提出了确定低压散绕变频电机绝缘短板的三线法。首先,在正弦电压下测定主绝缘和相间绝缘PDIV,得到主绝缘和相间绝缘的...     

工频正弦和重复方波电压下间位芳纶局部放电起始电压测试

正弦及重复方波下局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测量是评估工作在脉宽调制下变频电机绝缘性能的关键技术，两种电压下PDIV对比研究值得关注。因此，在相同频率正弦和重复方波电压下，该文对新能源汽车变频电机主绝缘关键材料间位芳纶PDIV进行对比实验研究。采用统计法发现球板电极结构PDIV测试中引发流注放电的初始电子主要来源及间位芳纶首次放电的分布规律。研究表明：间位芳纶PDIV取决于电压峰峰值，采用正弦或者过冲较小的重复方波测试，可获得较为保守的PDIV；重复方波电压下，局部放电能量集中在0.2～1.4GHz频段，受电荷弛豫及测试设备影响，测试频率不宜过高。结果可为脉宽调制电压下间位芳纶PDIV测试提供一定参考。     

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。     

重复脉冲电压下温度对变频电机绝缘局部放电统计特性影响研究

为研究温度对变频电机绝缘局部放电统计特性的影响规律,在不同温度条件下采用上升时间为25 ns的双极性对称重复脉冲电压对变频电机漆包绝缘进行测试,分析温度对局部放电起始电压、局部放电谱图、放电相位、放电幅值及放电次数等特征参量的影响规律。结果表明:在漆包线耐热等级155℃内,局部放电对称出现在重复脉冲电压的上升沿和下降沿,局部放电起始电压随温度升高而下降,放电相位随温度升高而减小,放电幅值随温度升高而增大,半周期内的放电次数随温度升高而减少。温度会影响绝缘材料的相对介电常数、表面电导率及用于激发电子崩初始电子的产生概率,并改变表面电场和空间电荷积累效应,最终导致局部放电起始电压和局部放电特性发生改变。     

重复方波脉冲和短脉冲电压下变频电机匝间绝缘耐电晕特性对比研究

逆变器输出至变频电机端部的脉宽调制(PWM)电压为重复方波脉冲电压,但变频电机匝间绝缘实际承受持续时间为纳秒至微秒级的短脉冲电压。为研究两种电压下变频电机匝间绝缘性能的异同,测试分析了变频电机匝间绝缘在相同频率、电压峰峰值和上升时间的重复方波脉冲和短脉冲电压下的局部放电和耐电晕寿命。结果表明:重复方波脉冲电压在上升沿和下降沿的局部放电对称分布,而短脉冲电压在上升沿的局部放电特性与重复方波脉冲电压相似,在下降沿未检测到明显放电;重复方波脉冲电压下的频域能量主要分布在0.7～0.9 GHz,而短脉冲电压下的频域能量主要分布在0.9～1.1 GHz,且短脉冲电压下的局部放电持续时间比重复方波脉冲电压下短;短脉冲电压下漆包线的耐电晕寿命约为重复方波脉冲电压下的3倍。     

重复脉冲占空比对变频电机匝间绝缘耐电晕寿命影响研究

为研究重复脉冲占空比对变频电机匝间绝缘耐电晕寿命的影响规律,搭建了占空比可调的重复脉冲耐电晕寿命测试系统。采用Ⅰ型变频电机匝间绝缘漆包线单点接触试样,在频率为10 kHz、占空比不同的双极性重复脉冲下进行耐电晕寿命测试。结果表明:耐电晕寿命随占空比的增加而缩短,50%占空比下的耐电晕寿命比5%占空比下的短20%。在占空比低于50%时,脉冲上升沿与下降沿的局部放电分布特性不对称。因此,在根据相关标准对变频电机匝间绝缘进行耐电晕寿命评估时,为缩短实验周期和减小测试结果的分散性,建议采用占空比为50%的双极性对称重复脉冲电压。     

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。     

重复方波上升时间对变频电机耐电晕寿命影响研究

为研究重复方波电压上升时间对变频电机绝缘耐电晕寿命的影响规律,搭建了具有不同重复脉冲电压上升时间的耐电晕测试系统。根据IEC TS 60034-18-42,分别测试了Ⅰ类和Ⅱ类电机绝缘模型在不同重复方波电压上升时间下的耐电晕寿命,并对比了相同幅值和频率下正弦电压测试结果。结果表明:脉冲电压上升时间对匝间绝缘耐电晕寿命及局部放电时域和频域统计特性的影响显著。因此,根据相关标准测试变频电机的耐电晕寿命时,应考虑上升时间对电机耐电晕寿命的影响。     

连续方波电压下变频电机绝缘局部放电特性

为提高变频电机绝缘局部放电(PD)测试信噪比,在上升时间为200ns的连续方波电压下,研究了电机绝缘局部放电和方波电源干扰的时频特性,总结出连续方波电压频率和占空比对局部放电统计特性的影响规律。研究结果表明,局部放电和方波电源干扰能量分别集中在0～1.8GHz和0～0.5GHz频率范围内,局部放电电压幅值随着连续方波电压频率的增大而减小,较小连续方波电压占空比易造成局部放电淹没在电压下降沿处的方波电源干扰中。据此,在对变频电机绝缘进行局部放电测试时,为抑制方波电源干扰,宜采用截断频率为0.5GHz的高通滤波且应使超高频天线在0.5～1.8GHz频率范围内具有良好的响应性能。另外,为提高测试信噪比,推荐采用频率<200Hz、且占空比为50%的连续方波电压作为测试电应力。     

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.