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.     

重复脉冲占空比对变频电机匝间绝缘耐电晕寿命影响研究

为研究重复脉冲占空比对变频电机匝间绝缘耐电晕寿命的影响规律,搭建了占空比可调的重复脉冲耐电晕寿命测试系统。采用Ⅰ型变频电机匝间绝缘漆包线单点接触试样,在频率为10 kHz、占空比不同的双极性重复脉冲下进行耐电晕寿命测试。结果表明:耐电晕寿命随占空比的增加而缩短,50%占空比下的耐电晕寿命比5%占空比下的短20%。在占空比低于50%时,脉冲上升沿与下降沿的局部放电分布特性不对称。因此,在根据相关标准对变频电机匝间绝缘进行耐电晕寿命评估时,为缩短实验周期和减小测试结果的分散性,建议采用占空比为50%的双极性对称重复脉冲电压。     

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.     

SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命研究

实验研究了空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulated,SVPWM)电压开关频率(6 kHz、12 kHz、18 kHz)和基波频率(10 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz)对变频电机绝缘材料耐电晕寿命的影响,并与相同开关频率50 %占空比重复脉冲方波电压下的耐电晕寿命进行对比。实验表明：开关频率越低,耐电晕寿命越长,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越大;开关频率越高,耐电晕寿命越短,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越小。50 %占空比重复脉冲方波能够用于替代SVPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,但在开关频率较低时不能准确反映其统计特性;开关频率越高,50 %占空比重复脉冲方波对SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命时长和分散性的预测越准确。研究结果有望为变频电机绝缘性能实验评估提供理论和实验依据。     

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...     

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。     

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...     

重复方波死区时间对变频电机绝缘性能影响研究

为研究电力电子脉宽调制(PWM)算法中死区时间对变频电机绝缘性能的影响,首先利用全桥固态开关和高速实时控制技术,搭建了死区时间在2～10 μs可调的重复脉冲发生器.在峰峰电压为4 kV、频率为5 kHz双极性重复脉冲电压下,借助特高频测试方法,通过变频电机匝间绝缘试验,研究了重复方波电压死区时间对变频电机绝缘放电统计特征和耐电晕寿命的影响规律.结果 表明:增加死区时间可以显著增大重复脉冲方波上升沿和下降沿处的表面电荷衰减效应,减弱了放电过程中表面电荷反向电场对放电过程的抑制作用,从而增加了放电数量,加速绝缘电老化,使变频电机匝间绝缘的耐电晕寿命显著降低.对此,在设计电力电子系统,加入死区时间保护功率器件的同时,必须考虑死区时间对变频电机绝缘系统的加速老化作用,以适当提高绝缘裕度.     

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。     

脉冲电压对变频防爆电机绝缘寿命的影响

不同脉冲电压在不同试验情况下,对变频防爆电机绝缘寿命的影响不同,结合变频防爆电机故障现象,提出变频电机提高使用寿命应采取的措施。     

重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕性能影响研究

利用极性可控的重复方波发生器,在具有6 kV峰峰电压、150 ns上升时间和下降时间、50%占空比的重复方波电压下,研究了正、负极性和双极性重复方波对聚酰亚胺耐电晕性能的影响。结果表明:重复方波极性对聚酰亚胺耐电晕和局部放电统计特性无显著影响,但对测试结果的分散性影响明显。不同电压下的耐电晕寿命和局部放电幅值的分散性由大到小依次为正极性、负极性和双极性。结合重复方波电压下大量局部放电统计数据,认为放电产生并建立起表面电荷积累后,极性反转瞬间的阶跃电压幅值是影响放电幅值和电晕破坏过程的主要因素。根据研究结果,采用双极性的重复方波电压执行变频电机绝缘耐电晕性能测试,有益于减小数据分散性,得到绝缘耐电晕性能的客观判据。     

偏置电压对变频电机匝间绝缘PDIV及绝缘寿命影响研究

利用可在正弦及重复方波电压上叠加不同直流偏置电压的测试平台,对比研究了不同直流偏置电压对变频电机匝间绝缘局部放电起始电压（PDIV）及绝缘寿命的影响。结果表明：施加+1 000、-1 000、+1 750、-1 750 V直流偏置电压对具有对称电极结构的匝间绝缘模型PDIV影响较小;在非对称球-板电极电场结构下,聚酰亚胺薄膜的PDIV降低约30%。另外,研究发现,以上直流偏置电压对匝间绝缘模型与聚酰亚胺绝缘寿命均无显著影响。据此,在对变频电机进行绝缘评估时,应关注测试所用电极结构对测试PDIV的影响。     

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。     

新型耐电晕材料

本文主要介绍高频电机绝缘绕组的破坏机理,影响导线绝缘寿命的因素,以及新型耐电晕材料在高频电动机中的使用。     

重复脉冲上升时间对低压散绕变频电机匝间绝缘PDIV影响研究

重复脉冲电压下的局部放电起始电压(PDIV)是评估低压散绕变频电机绝缘性能的重要参数.不同于传统正弦电压,采用重复脉冲对变频电机散绕绕组感性负载匝间绝缘进行PDIV测试时,脉冲上升时间和极性是重点考虑的参数.本文在50、75、100、200 ns 4种脉冲上升时间的重复脉冲电压下,研究脉冲上升时间对3台不同规格的低压散绕变频电机匝间绝缘PDIV及放电能量分布的影响规律,并解释了PDIV随脉冲上升时间变化的机理.结果表明:随着脉冲上升时间的减少,3种电机的PDIV值均呈减小趋势,最大下降率达到28.1％.重复脉冲极性对低压散绕变频电机PDIV测试结果的影响有限,表明正、负极性均可客观反映电机的PDIV性能.随着脉冲上升时间的增加,正、负极性下放电频域能量均呈由高频向低频移动的趋势.研究结果有望为低压散绕变频电机的PDIV测试和相关标准的修订提供参考.     

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...