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。     

变频电机绝缘的局部放电检测技术

为解决陡上升/下降沿脉冲方波电压下变频电机绝缘局部放电(PD)检测的信号提取问题,对比研究了高频电流传感器和超高频法测试中局部放电和脉冲电源干扰的时域和频域特性。针对2种信号的不同特征,提出了抑制脉冲电源干扰、提高信噪比的方法。研究结论认为,依据IEC标准进行变频电机局部放电检测时,超高频法在局部放电起始放电电压测试和脉冲信号提取中表现出较高信噪比(S/N)性能,可优先选用。相关系数分析方法可作为局部放电脉冲是否淹没在脉冲电源干扰中的有效判据,联合采用相关系数分析和sym2小波提取技术后,宽频电流测试法仍可在需要的场合作为变频电机绝缘局部放电检测的有效补充。     

变频电机绝缘系统局部放电检测柔性传感器设计

在利用特高频(ultra high frequency,UHF)传感器对电机绝缘系统进行局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试时，现有的UHF传感器多为体积较大的刚性基底天线，测试位置的限制性较大。设计了一款可贴附在电机定子的柔性窄带天线，通过灵活改变测试位置实现更为准确的电机定子绝缘系统PDIV测试。设计天线总厚度为0.16 mm，尺寸为90 mm×100 mm。通过仿真与实测分析发现，天线弯曲曲率半径从1.5916 mm到11 cm变化时，谐振频点右移，其实际工作频带至少在0.7～1.2 GHz之间。搭建电机定子绝缘局部放电(partial discharge,PD)检测平台进行天线性能分析，实验表明相较于外置型阿基米德螺旋天线(Archimedean spiral antenna,ASA)，内置柔性天线灵敏度较高，近场接收到的PDIV信号幅值至少为外置天线的100倍，PD频域分布在0.2～1.1GHz之间。实验发现，柔性天线不同贴附位置检测灵敏度由高到低排序依次为：电机端部，内壁，外壁；将柔性天线贴附于电机外壁...     

变频电机绝缘高频局部放电检测技术

介绍了高压高频脉冲对绝缘产生局部放电现象,阐述了局部放电信号的特点,并着重提出了一种测试精度较高的检测放电信号的技术及具体实现方法,利用此方法,可以很好地完成变频供电下的变频电机绝缘结构寿命分析,有益于变频调速节能技术的推广和应用。     

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。     

连续方波脉冲电压下局部放电测量的研究现状

介绍了连续方波脉冲电压下局部放电测量的研究进展,尤其是与变频调速电机相关的研究现状。总结了目前国内外学者主要采用的测量系统,分析了部分目前仍然存在争议的结论及部分有待深入研究的内容。最后从实际应用出发,提出了几条延长变频电机绝缘寿命的方法。     

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.     

连续高压脉冲方波下局部放电测试系统设计

为解决具有陡上升沿的连续方波脉冲下局部放电(PD)测试系统设计中强电源干扰及宽频带、高速采集的问题,设计了宽带、高频局部放电数据采集、数据传输和脉冲提取系统,可用于上升沿为100ns的连续高压脉冲方波下的局部放电测试。采用不同通带的12阶Butterworth滤波器,对比分析了抑制电源干扰的效果,提出了满足测试信噪比(SNR)要求的配置。基于虚拟仪器技术,实现了高速数字示波器的局部放电数据传输,并结合时域阀值、相位窗脉冲提取及极性辨别算法,实现了干扰抑制和峰值提取。系统可实现连续高压脉冲方波下局部放电长时间连续记录,得到脉冲方波下多周期局部放电脉冲峰值数据库,并计算其统计特性,从而为研究各种材料在脉冲方波下的局部放电特性和绝缘破坏机理奠定基础。     

用于高频脉冲电压下变频电机绝缘放电检测的特高频天线设计

由于电力电子器件高频开断产生的强电磁干扰,正弦电压下测试技术已不适用于陡脉冲电压下变频电机绝缘局部放电检测。对此,通过在传统阿基米德平面螺旋天线上添加微带巴伦实现阻抗匹配,并在天线辐射面上覆盖高介电常数介质优化天线结构,提升了天线在0.5～1.5GHz频带的增益性能,增加了重复脉冲下放电检测高频信噪比,从而解决了纳秒陡脉冲强电磁干扰下局部放电检测技术难题。然后,利用所设计的脉冲电压下特高频传感器,实验研究了重复脉冲参数和传感器布置对变频电机绝缘放电时频信号影响规律。研究表明,重复脉冲电压下放电信号能量在0.5～1.3GHz范围内随天线放置距离增加非线性衰减;在高频区域重复脉冲频率对放电频谱影响显著,放电特高频信号随频率增加衰减严重。结合传感器建模仿真、实物制作和实验验证,得出高频脉冲下用于变频电机绝缘放电检测的最佳阿基米德平面螺旋天线参数和布置方式:当介质覆层厚度为1mm,距天线辐射面的距离d=30 mm时,在500～900 MHz频带范围内增益均大于2.5 dB,在900 MHz～2.0 GHz频带范围内增益大于7.0 dB,且驻波比小于1.4。研究结论为高频脉冲电压下特高频放电检测...     

方波脉冲下聚酰亚胺绝缘破坏机理研究进展

变频电机广泛应用于电力牵引以及风力发电。变频器输出的一系列方波脉冲电压有可能导致变频电机绝缘材料过早失效。方波条件下绝缘材料破坏过程、绝缘材料性能的改善成为研究热点。为此,综合国内外研究成果,从局部放电、空间电荷两个方面论述了聚酰亚胺(PI)绝缘破坏的原因,采用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察了PI薄膜破坏的微观形貌,并解释了纳米粒子对PI绝缘性能影响机理。最后从目前研究成果出发,介绍了用纳米粒子改善绝缘材料性能、优化电磁线绝缘结构等延长变频电机绝缘寿命的措施。     

重复短脉冲下相对湿度对变频电机绝缘局部放电及耐电晕寿命影响研究

在上升时间为10 ns、电压幅值为3.5 kV、频率为5 kHz的重复单极性短脉冲下,实验研究了相对湿度分别为30%、50%、70%、90%时变频电机匝间绝缘的局部放电及耐电晕特性。结果表明:随着相对湿度的增加,试样的耐电晕寿命逐渐缩短,局部放电幅值先减小至某临界值后明显增大。这是由于随着相对湿度增加,电荷驻留效应减弱导致局部放电幅值减小,但当湿度超过某临界值后,微水聚集增强了局部电场,局部放电幅值增加。同时,微水的附着使试样的介电常数增加,从而使气隙间电场强度增大,这可能是其耐电晕寿命缩短的原因。     

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。     

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.     

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。     

高压方波脉冲下局部放电的相位分布特征

针对局部放电可导致变频电机绝缘过早损坏这一问题,笔者分别在方波脉冲下和工频下,对匝间绝缘电磁线进行了老化试验和局部放电测量,主要对脉冲电压下局部放电的相位分布特征进行分析,并与工频下进行了对比。结果表明:脉冲条件下,随老化时间的增长,放电相位呈展宽趋势且出现明显的离散特征;高相位放电的出现是部分缺陷迅速发展的标志,是绝缘失效的先兆。     

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。     

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。