变频牵引电机定子绕组内部电压分布特性的研究

分析PWM逆变器驱动的变频牵引电机定子绕组内部电压分布特性,对研究定子绕组绝缘失效和进行绝缘结构设计有重要意义。文章依据变频牵引电机定子绕组结构形式,建立绕组的分布参数电路模型,采用有限差分方法求解得出绕组内部电压分布情况,然后用实际测试结果验证模型的有效性,基于该模型讨论脉冲上升沿时间和电缆对绕组内部电压分布特性的影响。研究结果表明:上升沿时间越短,绕组内部电压分布越不均匀,线圈和匝电压幅值越大,而电缆长度对绕组内部电压分布影响较小,但绕组内部电压幅值增加了约40%。     

变频牵引电机定子绕组绝缘老化特性研究

对比测量了不同运行年限的变频牵引电机的定子绕组绝缘诊断参数,包括绝缘电阻、介质损耗因数、局部放电起始电压(PDIV)、剩余击穿电压等特征参数,以及沿绕组不同部位的绝缘材料取样进行了热失重分析(TGA)来研究绝缘老化特征。介电性能测量结果表明,与新电机相比,运行后定子绕组的绝缘介电性能有不同程度的下降,出槽口附近绝缘的老化程度高于槽内。TGA分析结果表明,使用了长达10年的牵引电机定子绕组绝缘性能略有下降,且线圈下层边的绝缘老化比上层边明显。     

变频牵引电机定子绕组电磁线寿命特性的研究

为研究变频调速牵引电机绝缘过早失效的机理,进行了定子绕组电磁线多因子联合作用绝缘寿命试验,利用一元二参数Weibull分布统计分析了不同电压幅值、频率和温度下的绝缘寿命试验数据,并研究了电磁线。提出了高频脉冲条件下多因子联合老化寿命模型,比较3种条件下的寿命模型与实验结果得出其相关系数均>0.89,验证了模型的正确性,可为变频调速牵引电机的设计提供理论依据。     

高速机车牵引电机定子绕组匝间电压分布特性的仿真研究

基于JD116型变频牵引电机,建立定子槽模型,通过有限元分析定子槽的电磁场计算绕组分布参数值;利用MATLAB仿真软件建立变频调速牵引电机定子绕组高频等效电路模型,探讨了电机定子绕组匝间电压的分布特性.仿真结果表明,增大输入脉冲电压的上升沿时间、减小等效匝对地电容和绕组自感可以改善绕组匝间电压的分布.该结果为变频牵引电机绝缘材料的选取、绝缘结构的优化设计提供了理论依据.     

电压畸变对变频调速牵引电机绝缘影响的研究

分析电压畸变加速变频调速牵引电机热老化、机械老化和电老化进程的原因,通过Matlab软件建立变频电源和直接转矩控制方式牵引电机组成的变频调速仿真系统,仿真分析逆变电源参数以及运行状态与电压畸变及其带来的谐波损耗之间的关系,找出电机最恶劣的工作状态,综合绝缘破坏因素考虑直接转矩控制参数设置问题,指出电压畸变对变频调速牵引电机绝缘破坏的程度,为绝缘设计提供依据。同时,为进行变频电机绝缘破坏机理的研究提供理论基础。     

机车牵引电机定子绕组集肤效应分析

以大功率交流传动HXD1B型电力机车牵引电机为例,根据电磁场理论,建立电机二维电磁场数学模型,并确定其求解域。利用有限元法,对电机恒功率工况下的负载场和参数进行计算和分析,比较了定子上、下层绕组电流相位角相差0°和180°两种情况下的电磁场。对同一个槽内不同绕组的电流分布进行了对比,确定了额定工况下导体沿径向不同位置的电阻增加系数,并得出一些有益的结论。     

高压变频电机定子绝缘系统电场分布特性

针对变频电机定子绝缘在脉冲电压作用下过早失效问题,基于某变频电机定子绝缘及所接电缆结构,建立电缆与定子线圈联合高频等效电路,研究不同电缆长度下定子线圈各匝对地电压幅值分布特性.之后,基于实际电缆长度下定子线圈各匝对地电压分布,进一步研究电机槽部及端部电场分布特性.     

永磁同步风力发电机定子绕组电压分布特性研究

为了给变频风力发电机绝缘结构设计提供更加准确的输入电压,本研究以永磁同步风力发电机定子绕组为研究对象,利用MATLAB软件搭建电缆与电机定子绕组线圈等效电路模型,分析了变频器输出的电缆长度、脉宽调制（PWM）脉冲上升沿时间对电机绕组暂态电压分布特性的影响。结果表明：随着电缆长度的增加和脉冲上升沿时间的缩短,电机端、绕组对地及匝间最大电压都增大,对地最大电压由中间线圈转移至首线圈,当脉冲上升沿时间为2.0μs时,绕组内部电压分布已经趋于均匀化。     

脉冲变压器特快速暂态电压分布计算

为了研究在陡波前、高冲击电压作用下，脉冲变压器(PT)锥形绕组中的特快速暂态电压分布特性，文中建立了基于多导体传输线(MTL)理论的绕组分布参数模型。模型的电气参数通过有限元法(FEM)计算，用频域法计算了在多种情况下绕组的对地电压分布以及匝间电压分布，计算结果表明此模型可对锥形绕组的电压分布进行有效计算，对匝间绝缘设计有一定的参考意义。     

考虑损耗后变压器绕组暂态电压分布和电场的计算

根据２０ＭＶＡ／１１０ｋＶ ＳＦ６气体绝缘变压器的结构,提出了考虑损耗后变压器绕组暂态电压分布计算的新方法－Ｂｅｒｇｅｒｏｎ法,推导了有损耗的互感电路的等值参数和计算公式,并给出了计算结果。     

逆变器供电异步牵引电动机电磁设计与特性计算

针对普通工频异步电动机电磁设计和特性计算方法不适用异步牵引电动机的问题，根据异步牵引电动机的设计特点，对牵引电动机的电磁设计进行了分析，提出了牵引电动机工作特性的计算方法，然后讨论了不同工况下牵引电动机性能曲线的计算，给出了计算实例。     

缺陷和机械应力对变频牵引电机绝缘性能的影响

以JD116型变频牵引电机用电磁线为研究对象,该电磁线绝缘薄膜为美国杜邦公司开发的耐电晕聚酰亚胺KaptonCR薄膜。试验研究了①含有肉眼可见的气泡;②掺入金属杂质;③与地电极接触不好(存在气隙);④表面磨损4种不同缺陷类型试样的局部放电特性和电气强度,并与完好试样的试验结果进行了对比。试验表明:缺陷和机械应力会大大降低绝缘的性能。     

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。     

交流牵引电机绕组绝缘状态检测方法的研究

针对铁路机务部门,为了实现利用车载DC110 V电源对机车牵引电机进行快速、准确的检测,判断出故障源并及时的排除故障,保证机车车辆的通畅运营。通过对交流牵引电机的故障机理和诊断方法的研究,提出了一种通过单片机对牵引电机响应电流上升时间的测取来判断交流牵引电机绕组绝缘状态的检测方法。并通过对脉冲变压器的设计,来满足不同的牵引电机对检测电压的要求。从而达到减少铁路机务部门相关人员的工作强度。     

基于功率动态分配的自动驾驶机车牵引电机节能控制

为了降低大功率机车牵引电机运行能耗,提出了一种基于牵引功率动态分配的机车牵引电机节能控制方法。首先,结合现场运行数据,建立牵引电机效率与其发挥牵引力及运行速度间的数学模型。然后,利用机车自动驾驶系统规划的区间速度及牵引力运行曲线,基于所建立的数学模型对不同牵引力分配策略下综合牵引电机能耗指标等进行计算,并选择最小化目标函数值的牵引力功率分配方案,控制机车各轴牵引力输出。最后,基于HX D 1型自动驾驶机车现场某条线路各区间运行数据,对所提方法进行仿真分析,验证了该方法的有效性。     

变压器绕组的陡波电压分布特性

为得到高频陡波如雷电波、快速暂态过电压进入变压器高压绕组后的变化规律,利用波头时间分别为1200、200、60 ns,输出电压为1 000 V的陡波发生装置,实际测量模拟变压器绕组各出线端头的电压波形,绘制高压绕组峰值和瞬态电压分布图,研究和分析其分布特性及其影响因素。结果表明:波头时间越短变压器绕组的电压分布越不均匀;快速暂态过电压比雷电波对变压器绕组首端位置主绝缘和纵绝缘的危害大。