PWM脉冲电压下电磁线绝缘老化机理分析

随着电力电子技术的发展，脉宽调制(PWM)电源得到了广泛应用。由于该电源输出电压是一系列脉冲电压，有可能导致变频电机绝缘过早破坏。目前，有关高压连续脉冲电压下绝缘材料失效机理各方观点尚未达成一致；过去的研究大多停留在宏观水平，主要是定性的实验研究，缺少微观定量分析的支持。针对上述问题，本文对变频电机定子绝缘的电磁线进行了老化实验。在此基础上，通过热刺激电流和脉冲下局部放电参数的关系，揭示了老化时间和陷阱参数(如峰值位置、陷阱能级)的联系。同时测量了局部放电参数(如起始放电电压、最大放电量、放电相位分布)随老化时间的变化。上述工作的开展，为更深入的脉冲电压下绝缘老化机理研究打下了坚实的基础。     

高场强方波电压对聚酰亚胺陷阱参数的影响

变频电机绝缘长期承受高场强方波电压的作用,出现了绝缘过早失效的情况。聚酰亚胺是变频电机中重要的绝缘材料,为了解它不同承受电压形式时其绝缘老化过程和失效机理与传统交、直流电压下存在的很大差异,在高场强方波电压下对聚酰亚胺膜进行电老化,测试了不同老化时间后聚酰亚胺膜的电导电流和热刺激电流(TSC)以分析聚酰亚胺膜活化能和陷阱密度等微观参数的变化规律。结果表明:聚酰亚胺膜TSC曲线可能由2个单峰曲线叠加而成,随着电老化时间的增长,聚酰亚胺膜活化能发生变化,浅陷阱可发展成深陷阱,导致浅陷阱密度逐渐减小,深陷阱密度逐渐增大,总体陷阱密度逐渐增大。     

变频电机用聚酰亚胺薄膜电老化特性研究

为研究变频电机用耐电晕型聚酰亚胺材料耐局部放电老化机理,采用电导电流法分别测量了普通聚酰亚胺薄膜(100HN)和耐电晕型聚酰亚胺薄膜(100CR)电晕老化前、经10kV/mm、20kV/mm电晕强度8h老化后的电老化阈值。结果表明,2种薄膜的电老化阈值随电老化强度的增加而减小,且耐电晕型薄膜的电老化阈值始终高于普通膜的阈值;在2种薄膜的空间电荷限制电流区内,耐电晕型薄膜的电流增长率较大,说明其中含有更多的浅陷阱,测试结果与其170°C下退极化电流测试结果一致。这些浅陷阱有效调节了聚酰亚胺薄膜中电场的分布,改善其耐电晕性能。     

纳米聚酰亚胺复合材料的热刺激电流研究

采用改进的热激电流设备得到不同实验条件下(不同极化场强、极化温度、极化时间)的TSC曲线,研究不同测试条件对测量结果的影响.结果表明:选择适当的测试条件对测量的精确度有重要的意义;纳米粒子的存在有助于抑制聚合物分子链的运动和空间电荷效应.     

方波脉冲电压下聚酰亚胺材料的老化特性

为研究变频电机的匝间绝缘特性,在方波脉冲电压下,采用电热联合法对100HN绞线对和100CR绞线对进行老化试验,测试了各老化阶段其介质损耗特性和局部放电(PD)参量。试验结果表明:随着老化时间的增加,2种绞线对的介质损耗都增大,且局部放电的平均放电量和放电次数也都随之增大。但由于100CR中的纳米粒子周围形成了大量含有浅陷阱的界面区域,这些区域对电荷的输运能力较强,因此同一老化条件下,与100CR绞线对相比,100HN绞线对的介质损耗较大,局部放电的放电次数较多,平均放电量较小。此外,纳米粒子的协同效应有助于保护聚酰亚胺基体,延长100CR绞线对的绝缘寿命。     

基于介电谱分析聚酰亚胺薄膜的老化特征

对纳米和普通聚酰亚胺薄膜进行了双极性脉冲电压下的老化试验,分析了薄膜老化前后的介电频率谱和温度谱,并借助电镜扫描分析,研究了薄膜老化前后的微观结构形态与宏观介电性能之间的关系.结果表明:老化使聚酰亚胺薄膜介电频率谱中的偶极子弛豫损耗峰向高频移动,低温区的界面极化损耗峰向高温移动;且老化使聚酰亚胺薄膜分子链断裂,生成分子量小的极性分子,使取向极化更易建立;纳米粒子的加入,削弱了老化因子对聚酰亚胺薄膜内部结构的破坏作用,使偶极子取向带来的弛豫损耗大大减小;纳米掺杂形成大量的界面缺陷,使界面极化带来的介质损耗大大增加.     

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.     

基于热刺激电流的大电机VPI主绝缘电老化特性

为了研究大型发电机定子线棒主绝缘在不同电老化阶段的老化机理,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对少胶真空压力浸渍(vacuum pressure impregnating,VPI)定子线棒绝缘进行研究.主要分析了VPI绝缘TSC峰的形成机理,计算了不同TSC峰的特征参数...     

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况,绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比,探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性,阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现,ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异,在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为;电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量,从而影响电荷振动波形的形状;电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性;5×106～1×107 Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用;ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。     

纳米复合绝缘材料的热剌激电流测试研究

研究纳米复合聚酰亚胺薄膜热剌激电流(TSC)测试的影响因素和陷阱参数计算方法，并对不同样本和不同老化条件下的TSC结果进行分析。通过对不同的测试条件(包括不同的数据平滑方法、极化温度，极化电压、极化时间等因素)的TSC曲线特征分析，研究不同测试条件对纳米复合绝缘样本TSC测量结果的影响，并用高斯拟合对TSC曲线进行峰分离和陷阱参数计算。根据这些结论，对不同样本和老化条件下的热刺激电流特征进行分析和比较，得到热刺激电流和PWM脉冲电压下绝缘微观特征之间联系。结果表明，测试条件对TSC结果有明显影响，合适的测试方法有助于研究纳米复合聚酰亚胺薄膜在PWM电压作用下的微结构变化。     

采用介质损耗表征聚酰亚胺薄膜老化特征的研究

对聚酰亚胺薄膜进行电、热及电-热联合老化,测试了老化前后试样的tanδ和试样电容随试验电压的变化趋势,分析了不同老化条件对tanδ和电容的影响。实验结果表明,试样电容随不同老化条件变化的物理过程与介质损耗实验结果的分析是一致的电老化对tanδ的影响最大,热老化在一定程度上起了热清洗的作用,导致老化后介损反而降低。通过介电频谱分析,tanδ随频率变化曲线上的峰值点可以确定绝缘的老化状况。     

绝缘材料TSC测试方法的研究

热刺激电流测试是一种研究电介质电荷存储及陷阱能级等参数的重要手段,已经广泛应用在绝缘材料的性能测试中,然而测试中寄生电导电流的存在对测试结果会产生一定的影响.本文首先探讨了热刺激电流和寄生电导电流的形成机理,然后对变频电机绝缘材料中广泛应用的聚酰亚胺膜进行了寄生电导电流和热刺激电流测试,测试结果表明寄生电导电流随温度的升高而逐渐变化,严重影响了热刺激电流测试的精度.最后,本文提出了一种消除上述干扰的方法,以便从热刺激电流曲线中得到反映电机绝缘材料特性的更精确的参数.     

方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜电气绝缘特性的影响

为了研究温度尤其是高温对变频牵引电机绕组匝间绝缘材料电气绝缘特性的影响,以聚酰亚胺纳米复合薄膜为研究对象,测试了薄膜的介电温度谱,研究了方波脉冲电压下温度θ对薄膜局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)、击穿电压Ub及老化寿命的影响,分析了薄膜在老化期间的空间电荷分布特性。研究结果表明:θ升高,薄膜高分子链热运动加剧,阻碍了分子链极性端基及侧链的取向极化作用,使薄膜的介电常数ε减小;同时,薄膜的介质损耗tanδ也因极化作用的减弱而减小,但因弛豫现象使介质损耗温度谱在110℃处出现1个峰值;θ升高,被陷阱捕获的电子更容易受激发而脱陷,易满足局部放电对初始电子的要求,使PDIV降低;载流子平均自由程增大,载流子能量增强,对薄膜高分子链的破坏作用加剧,导致Ub降低。空间电荷分布特性研究表明:θ升高,载流子能量增大,加速了薄膜高分子链降解并生成小分子及自由基,增大了薄膜的陷阱密度,载流子频繁地入陷与脱陷,进一步加剧了高分子的降解,使薄膜老化寿命明显缩短。研究为优化变频牵引电机绝缘系统的设计奠定了基础。