基于介质损耗分析研究变频电机绝缘老化特性

变频牵引调速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,其老化机理与工频正弦电压作用下具有很大差异。笔者通过采用两种电压源对模拟变频电机匝间绝缘和对地绝缘的绞线对试样进行老化试验,测量了tanδ随老化时间的变化趋势,分析了电压形式对匝间绝缘和对地绝缘介质损耗产生和发展的作用机理。试验结果表明:脉冲电压下,匝间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。交流电压下绝缘介质发热主要由局部放电造成,而脉冲电压下主要是由空间电荷所导致。对地绝缘由于其绝缘结构,呈现槽放电现象,空间电荷的引入大大加速了绝缘的老化。     

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。     

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。     

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。     

SiC逆变器高频脉冲电压对Hairpin绕组绝缘安全的影响分析

针对碳化硅(SiC)逆变器高频高dv/dt脉冲激励下的Hairpin绕组高电应力容易造成绝缘损伤的问题,该文对一台电动汽车用Hairpin绕组永磁同步电机进行了绕组匝间绝缘的电压应力计算与安全分析.首先,提出考虑双导体边耦合效应的Hairpin绕组单匝线圈高频等效电路模型,提取电机绕组的高频分布参数,并基于场路耦合有限元方法建立Hairpin绕组的匝间电压计算模型;然后,得到SiC逆变器驱动下的绕组匝间绝缘电压应力,利用绕组匝间电压测试平台验证了模型与分析方法的正确性;最后,分析了不同匝间电压幅值、绝缘厚度、材料相对介电常数、匝间气隙长度等对气隙电场分布线的影响规律,以气隙电场分布线与Paschen曲线的关系为判据,给出了一种判断绕组绝缘是否发生放电的方法.     

阶梯电压下变压器匝间绝缘局部放电试验研究

对于变压器绕组而言,轻微匝间放电的发展可能会造成匝间短路甚至更严重的后果。因此,对变压器绕组匝间局部放电的发展进行深入研究具有重要意义。在实验室内构建了变压器匝间绝缘局部放电试验平台,参照500 k V电力变压器线圈绝缘处理工艺要求,设计并制作了匝间绝缘局部放电试验模型线圈,采用逐级升压法对模型线圈施加试验电压,利用数字式局部放电检测仪进行局部放电信号采集,在室温下对变压器匝间绝缘局部放电特征量和二维图谱信息进行了系统的研究。得出了不同加压持续时间下脉冲最大幅值、脉冲平均幅值、脉冲重复频率和脉冲功率的变化特征以及二维图谱的相位分布信息。     

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。     

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。     

测量变频牵引电机定子局部放电的新方法

介绍了一种测量牵引电机定子绕组脉冲局部放电的新方法,简要说明了它的特点、原理和方法,为变频电机定子绕组绝缘测试准确度的提高和制造缺陷的诊断提供了思路。     

基于LabVIEW的发电机定子绕组局部放电检测方法

对发电机定子绕组3种典型局部放电信号进行了研究,得到放电脉冲信号波形及频谱。设计了基于LabVIEW的发电机局部放电检测系统,针对局部放电信号特点,设计了数字滤波和脉冲时延鉴别等抗干扰技术,这是实现发电机定子绕组局部放电检测的关键环节。应用该方法可准确测量所述3种典型放电信号。     

连续方波脉冲下局部放电信号测量与绝缘老化分析

研制了连续脉冲电压下局部放电信号的测量系统,并对连续脉冲电压下绝缘老化特征参量进行研究。通过不同铁心材料传感器的频率响应特性和实际测量PD信号对比,认为NiZn铁心更适合用于脉冲电压下的PD传感器。在此基础上,定义了方波脉冲电压下局部放电信号的相对时间,得到放电谱图。最后,对样本老化时间和统计参量的关系进行了分析,认为偏斜度的变化和老化时间存在一定联系,而匝间绝缘和对地绝缘的不对称度随老化时间的增加表现出不同的特征。     

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。     

高压电机匝间绝缘试验

本文介绍一种采用感应冲击电压来对高压电机绕组匝间绝缘进行试验的方法。一、感应冲击试验原理由结构简单的冲击电流发生器,向M_1的线圈施加冲击电流,即放电一次,M_1中就产生磁通φ1如图1所示,这个磁通经过电机定子齿部和轭部形成闭合回路,在定子绕组的匝与匝间感应出一个冲击电压e_1,这就是匝间试验电压。如该绕组由n匝绕成,则全绕组首尾端的总冲击电压值为ne_1。由于冲击电流发生器产生的冲击电流很大(达数千安培),它产生的磁通对时间的变化率很快,所以可     

变频电机匝间绝缘故障放电信号电磁辐射特性研究

特高频(UHF)检测法是变频电机绝缘诊断局部放电(PD)的重要方法,采集得到的PD信号电磁频谱与放电类型、传感器天线及信号接收装置密切相关,然而,传统方法难以判定PD信号是绕组绝缘放电特征,还是绝缘绕组作为发射天线的辐射特性。该文将聚酰亚胺单点交叉试样作为偶极子天线,利用高频电磁仿真软件计算天线谐振频率,分析不同长度、不同交叉角度下试样天线的辐射特性;然后利用宽频天线(0.5～2 GHz的阿基米德螺旋天线)搭建PD检测实验平台,研究试样天线长度、实验环境和方波脉冲电压参数对PD信号频域特性的影响。在此基础上,仿真分析扁线电机定子匝间绝缘局部放电的电磁辐射特性,依据IEC 60034-18-41标准对匝间绝缘和主绝缘施加相应的方波脉冲电压,利用宽频天线进行PD检测。结果表明,单点交叉试样天线的计算谐振频率f₁、仿真谐振频率f₂和PD信号频域f₃基本一致,且均随试样天线的增长往低频域移动;10 cm的单点交叉试样天线的仿真谐振频率为2.15 GHz,此试样下实验得到的PD频域信息缺失,时域幅值大幅下降。可以得出,电机匝间绝缘...     

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。     

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。     

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.     

恒定电压下油纸绝缘局部放电发展规律及缺陷状态诊断

为了研究变压器内部油纸绝缘局部放电缺陷的发展过程及规律,构建了球板和匝间局部放电模型,采用恒压法研究了不同幅值电压下绝缘纸板(绝缘纸)从开始放电到纸板(绝缘纸)被击穿的放电发展过程中窄带脉冲电流信号的脉冲重复频率、脉冲的平均放电量及最大放电量、脉冲的1s放电量及累积放电量、脉冲相位分布的变化过程。研究结果表明:在局部放电缺陷的发展过程中,脉冲累积放电量、1s放电量、脉冲起始相位、脉冲的重复频率等特征参数呈现出指数或线性的变化趋势。其中累积放电量等特征参数发展较稳定,规律较一致,可以用来表征局部放电缺陷的严重程度;基于此提出了局部放电缺陷严重程度的2种表达方法:击穿概率法、剩余寿命法。     

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.     

基于超声法的大电机局部放电监测系统及其仿真验证

探索了一种新的监测大电机绕组绝缘质量的局部放电方法.介绍了一种基于超声法和虚拟仪器的局部放电实时在线监测系统,分析了系统组成原理和各部分功能.通过实验分析了局部放电超声波信号在大电机定子内的传播特性,以及该超声信号在发电机正常运行时弱噪声和强机械背景噪声下的传播区别.实验证明,利用超声波对大电机绕组绝缘局部放电进行监测是可行的,为实现局部放电故障点定位提供了前期准备工作.