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.     

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。     

脉冲电压对电机定子绝缘影响的试验研究

变频电机定子绝缘承受来自逆变器的连续高压脉冲方波,其失效机理同工频正弦电压作用下具有很大的差异.本文以匝间绝缘用的电磁线为试验对象,研究了脉冲电压幅值、脉冲上升沿时间、脉冲频率、占空比以及温度对绝缘失效时间的影响.结果指出:高频正弦电压下的电晕老化绝缘失效机理并不适合于连续高压脉冲下的失效.脉冲电压造成电磁线表面变色的针孔状损伤或者大面积的炭化是导致绝缘失效的直接原因.在高频下,脉冲陡上升沿加速了绝缘的失效.     

基于介电特征参量分析的变频电机匝间绝缘老化特性研究

连续高压双极性脉冲方波电压幅值、频率和工作温度与变频调速牵引电机匝间绝缘的寿命有着密切关系.本文对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样在不同电压幅值、频率、温度下进行加速老化试验,测试其介质损耗角正切值和试样电容随电压的变化特性.通过介质损耗产生机理分析和方波脉冲作用机理研究,结果表明:老化初期,局部放电起始放电电压随电压升高而升高,基本上不受频率的影响,其与空间电荷积累有关.温度在稍微变化(变大)的情况下对绝缘的影响都是很大的.脉冲方波幅值、频率和外界温度具有协同效应,一种因素的增强和减弱都会改变其他因素对绝缘影响的趋势.     

方波脉冲电压频率对变频牵引电机绞线对绝缘特性的影响

测试了不同频率方波脉冲电压下牵引电机绞线对的电热联合老化寿命、介质损耗因数（tanδ）及局部放电平均放电量,测试结果表明：方波脉冲电压频率升高,使局部放电平均放电量增大,局部放电对绞线对绝缘的破坏作用加强,使绞线对的老化寿命缩短;方波脉冲电压频率升高,使绞线对老化程度加深,陷阱密度增大,降低了自由载流子浓度,使局部放电起始放电电压（PDIV）增大,从而使介质损耗因数曲线转折点电压升高.     

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。     

基于介电参量研究变频电机的绝缘老化机理

为研究变频调速牵引电机的绝缘老化机理,采用高压方波脉冲对变频电机匝间绝缘绞线对试样进行加速老化试验,通过分析不同老化时间下绞线对的电容值和介质损耗因数(tanδ),对绞线对在高压方波脉冲条件下的绝缘老化机理进行研究。结果表明:随着老化时间的延长,试样电容值逐渐减小,介质损耗逐渐增大。低频时绞线对的介电温度谱在125℃出现一个明显的损耗吸收峰,高频时在85℃出现一个损耗低谷。30℃时绞线对的介电频率谱在10~100 k Hz频率段出现损耗峰,峰值随老化时间延长而增大,而在80℃和150℃损耗峰消失,同时tanδ逐渐减小。老化后绞线对绝缘膜的有机相被烧蚀,留下颗粒状的不连续团簇物。     

一种绝缘寿命测试用高压方波脉冲电源的研制

高压变频驱动绝缘寿命脉冲电应力加速试验需要对称双极性高压方波脉冲电源,当前的高压脉冲电源尚不能完全满足需要,而现有的高速功率电子器件难以直接产生所需波形高压脉冲电源。本文通过光纤传输脉冲同步控制信号,使多个隔离电压达20kV,幅值1kV的对称双极性脉冲逆变电路模块同步工作,将多个这种方波脉冲模块级联构成脉冲峰峰值8kV以上高压脉冲电源。该文分析并给出了多H桥级联方式下脉冲上升时间的估算方法以及各独立模块电源隔离电压和容量的确定方法。该高压脉冲电源构成方法可通过改变级联模块数量灵活改变脉冲幅值电压等级,经测试可较好满足绝缘寿命加速老化试验对脉冲波形的要求。     

采用热敏检测的绝缘介质寿命记录仪

在多路绝缘介质高压方波寿命试验中,为提高加速老化绝缘寿命试验的效率,设计了监控记录各试验支路状态的热敏检测绝缘介质寿命记录仪。该仪器通过PTC热敏电阻监测高压回路中限流电阻温度变化提取介质击穿信号,以单片机AT89c55为运算控制中心,采用热信号时间差分数字算法处理及控制信号。该方式受电磁干扰小,与高压回路无直接电气连接安全性高。该记录仪已实际应用,可在1~3 s内切除击穿支路,击穿时间记录误差<2%,装置动作时间内因其限流电阻作用能有效保护脉冲电源。     

高压方波脉冲下的电热老化绝缘寿命模型

采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材料——聚酰亚胺薄膜进行脉冲电压幅值-温度、频率-温度和频率-电压联合老化试验,利用一元二参数Weibull分布统计分析了3种老化条件下的绝缘寿命试验数据,提出了脉冲下绝缘材料的电热联合老化寿命模型。     

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。     

Fuzzy Logic-based Electrothermal Life Model for Inverter-fed Induction Motor Insulation

Pulse width modulated adjustable speed drives used in industries lead to significant advantages in terms of performance, size, and efficiency. But, the output voltage and the current waveforms become non-sinusoidal leading to an increase in voltage and thermal stresses. This results into accelerated insulation aging and premature failure of the motors. With multiple stresses, the life models for insulating materials become complex and ambiguous. This article presents the fuzzy logic application to derive an electrothermal life model to investigate the synergic effects of voltage and thermal stresses on intrinsic aging of inverter-fed induction motor insulation. Three parameters, viz. voltage stress factor, waveform slope stress factor, and spike frequency factor, are proposed to describe the insulation stresses for pulse width modulated voltages. These parameters are computed from the experimental results at different switching frequencies and are used in fuzzy logic-based life estimation algorithms. The results of the fuzzy logic life model are verified by performing the accelerated aging test with the same pulse width modulated voltages on paper insulation. An electrothermal life model is derived from the fuzzy logic results, which can be directly used for the life estimation of any general purpose low-voltage inverter-fed induction motor insulation.     

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.     

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。     

Effects of voltage impulses on extruded dielectric cable life

Laboratory tests were performed to investigate the effects of lightning and thumping impulses on the performance of various 15 kV cable designs. The cable designs were aged in the laboratory using an accelerated water treeing test. Some samples were subjected to lightning impulses, some were subjected to thumping impulses, and some were aged without impulses applied. The impulse effects were evaluated using time to failure data, AC breakdown data, and impulse breakdown data. The results show that lightning or thumping impulses do not affect cable AC or impulse breakdown strength. There is also no visual difference between wafers taken from impulsed and control samples. However, there is a strong indication that lightning impulses can reduce cable life. Almost all the aging failures occurred while the cables were warm. No failures occurred during the impulse application. It is also shown that increased cable wall thickness extends cable life for the tree-resistant high-molecular-weight insulation material tested, but not for the crosslinked polyethylene insulation material tested     

交流变频电机的绝缘

本文介绍了变频电机绝缘破坏的机理、绝缘材料的性能及绝缘工艺的要求。将国产材料与进口材料进行对比,找出差距。对国产绝缘材料的开发及绝缘评定提出了建议。试验及实际应用表明,采用国产材料加上正确的绝缘工艺可以生产出满足使用要求的变频电机。     

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.