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。     

高压方波脉冲对聚酰亚胺薄膜表面形貌的影响

为了研究高频脉冲电压下绝缘材料的老化、失效机理,给变频电机绝缘结构设计提供理论基础,在高频脉冲方波条件下,对纳米和非纳米聚酰亚胺薄膜进行了不同频率和不同时间的老化及局部放电测试:通过扫描电镜研究对比了老化对2种薄膜表面及横截面形貌的破坏情况;分析比较了频率对2种薄膜局部放电参量(起始放电电压,平均放电量和放电次数)的影响。结果表明:老化后2种薄膜的表面形貌都发生了明显改变,但由于添加纳米粒子使2种薄膜破坏情况完全不同;气隙表面电导率对局部放电有很大影响,无机纳米填充使非纳米聚酰亚胺薄膜产生大量界面,改善了材料的电导率,更加容易产生局部放电初始电子。     

脉冲电压下环境湿度对PI薄膜局部放电特性的影响机理

以聚酰亚胺普通薄膜和聚酰亚胺纳米(Al2O3)复合薄膜为研究对象,研究了环境湿度对聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜局部放电参量的影响机理。结果表明:在低湿度下,随着湿度的增加,薄膜在重复脉冲下的局部放电起始电压(repetitive partial discharge inception voltage,RPDIV)降低,平均放电次数和平均放电幅值升高;在高湿度环境中,随着湿度的增加,薄膜的RPDIV呈升高趋势,平均放电次数和平均放电幅值降低。湿度对薄膜绝缘寿命的影响存在一个临界值。     

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。     

不同频率和温度的电晕放电对聚酰亚胺薄膜的损伤特性研究

基于局部放电测试系统,构建了不同温度和频率下聚酰亚胺薄膜的老化寿命模型,研究了频率和温度对聚酰亚胺薄膜损伤特性的影响。结果表明:不同温度下聚酰亚胺薄膜的电晕老化寿命与施加的电压频率成非线性衰减关系;频率增加,导致放电残余电荷不易扩散和单位时间内放电次数增多,绝缘寿命缩短;随着温度的升高,放电现象可能经历显著增强、平稳、再剧烈的3个阶段。     

局部放电作用对变频电机匝间纳米复合绝缘的损伤机理研究

局部放电是变频电机匝间绝缘过早失效的主要原因之一。在双极性连续方波脉冲电压下对变频电机匝绝缘试样进行老化试验,测试了不同老化阶段的局部放电次数及平均放电幅值,采用扫描电镜观察了不同老化阶段试样绝缘介质表面的微观形貌变化规律及击穿点特征。研究结果表明:老化过程中,平均放电幅值及放电次数与老化时间的关系比较复杂,但总体上呈上升趋势;局部放电对纳米复合材料的侵蚀主要是造成聚合物基体降解,无机纳米填料因为其较强的键能而残留在介质表面上并建立起一层无机绝缘层,从而有效阻止局部放电对介质的进一步侵蚀,纳米复合绝缘介质表面生成的团絮物及孔洞将加速绝缘降解,最终导致绝缘寿命终止。     

重复方波频率对聚酰亚胺耐电晕寿命影响研究

为研究重复方波电压频率对聚酰亚胺耐电晕寿命的影响规律,搭建了双极性方波测试平台,测试不同频率下聚酰亚胺的耐电晕寿命和局部放电统计特性.结果表明:聚酰亚胺的耐电晕寿命随频率的增加而减小,趋势逐渐变缓,这是因为随着重复方波频率的增加,发生在上升沿和下降沿处的放电幅值和相位都逐渐减小,致使单个周期内放电产生的电老化作用减弱.据此,对绝缘采用提高方波电压频率来加速老化时,需考虑上述特性.     

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。     

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。     

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。     

方波脉冲下聚酰亚胺/纳米复合薄膜耐电晕特性研究

本文为探究在方波脉冲下聚酰亚胺(polyimide,PI)/纳米复合薄膜的耐电晕特性,采用原位聚合法制备了纯膜和掺杂纳米氧化铝的复合薄膜,通过傅里叶红外光谱(FTIR)技术分析了薄膜的化学结构,测量了纯膜和纳米膜的表面电阻率,并在重复方波脉冲下进行耐电晕实验,最后运用扫描电子显微镜(SEM)分析电晕击穿前后薄膜的微观形态。实验结果表明:纯膜和纳米膜的耐电晕时间都会随着电压的升高而降低,并且在同一电压下,纳米膜的耐电晕特性优于纯膜。通过测试分析,从纳米粒子和聚合物基体间形成的界面、薄膜表面电荷分布、薄膜试样击穿过程3个方面对纳米薄膜优异的耐电晕特性给出了解释。     

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。     

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.     

雷电冲击电压下局部放电检测方法有效性研究

为了研究冲击电压下局部放电现象,搭建了冲击电压发生装置。以油纸绝缘气隙模型为试验对象,通过超声波法、高频电流法和超高频法对雷电冲击电压波形下的局部放电信号进行测量,列出典型波形进行对比分析。试验结果表明,高频电流法能有效提取局部放电脉冲,为进一步研究冲击电压下局部放电特征和机理提供参考。     

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.     

电机绝缘系统在高频冲击下局部放电试验研究

高频冲击局部放电(PD)测试可以有效的检测电机绝缘系统的绝缘状态。根据传感器的不同,电机绝缘系统在高频冲击下PD测试方法主要有两种:高频电流传感器法和超高频天线法。试验表明:在高频冲击电压下,PD主要发生在冲击的上升沿和下降沿,在同一放电电压下,上升沿和下降沿的PD幅值较大;在风力发电机定子绝缘系统鉴别试验中,随着老化试验的进行,线圈的PD起始电压总体呈下降趋势。通过鉴别试验,可以确定绝缘系统的冲击电压绝缘等级及类型。     

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.     

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。