牵引变频电机绝缘材料的介电和导热特性研究

摘要

牵引变频电机是高速动车组的动力来源，其绝缘性能的优良程度将影响整个高速动车机组的运行能力。而聚酰亚胺作为变频电机匝间绝缘的基础绝缘材料，其绝缘性能的优劣决定了变频电机的寿命，同时其介电特性和导热特性影响了材料的失效时间。因此在聚酰亚胺材料的绝缘破坏过程中，研究其介电和导热方面的破坏机理有重要的意义。
　　本文通过制作变频电机的电磁线和匝间绝缘绞线对，用来模拟和分析了聚酰亚胺绝缘材料的介电性能和导热性能。通过仿真分析绞线对的电场分布，确定匝间易击穿点位置;介质损耗测试技术和局部放电测试技术作为评估绝缘系统的有效手段而得到广泛应用。为研究变频电机的匝间绝缘介电特性，采用方波脉冲电压下对100HN绞线对和100CR绞线对展开了老化试验，并测试了各老化阶段介质损耗特性和局部放电参量。试验结果表明，随老化时间增加，100HN绞线对和100CR绞线对的介质损耗都增加、局部放电的平均放电量和放电次数都增大;由于100CR中的纳米粒子周围形成大量含有浅陷阱的界面区域，对电荷输的运能力较强，因此同一老化条件下100CR绞线对的介质损耗增加，局部放电的放电次数增多，平均放电量减小;同时，纳米粒子的协同效应有助于保护聚酰亚胺基体，延长100CR绞线对的绝缘寿命。
　　温度、纳米粒子添加物以及湿度对聚酰亚胺薄膜导热性能具有重要影响。温度升高，导致分子链中原有相对分子质量较小的原子、链节以及基团的振动加剧，甚至引发相对分子质量更大的链节和基团的振动，增强聚酰亚胺热传导能力;添加纳米粒子增加聚酰亚胺材料的导热性能，若没有形成有效的导热链，将导致聚酰亚胺材料导热性能变化不大;湿度增加材料中的含水量，提高了聚酰亚胺薄膜的导热性能，但严重降低材料的介电性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 变频电机绝缘研究现状

1．2．2 聚合物绝缘材料介电性能研究现状

1．2．3 聚合物绝缘材料导热性能研究现状

1．3 本论文研究的主要内容

第2章 变频电机绝缘结构及制作方法

2．1 变频电机绝缘结构

2．1．1 聚酰亚胺薄膜制作流程

2．1．2 电磁线

2．1．3 绞线对

2．2 变频电机绝缘结构试样制作方法

2．3 本章小结

第3章 聚酰亚胺绝缘材料介电特性研究

3．1 模型建立及算法描述

3．1．1 模型建立

3．1．2 算法描述

3．2 试样匝间绝缘电场分布及分析

3．3 试验测试系统及信号提取

3．3．1 局部放电试验系统

3．3．2 介质损耗测试系统

3．3．3 局部放电信号提取

3．4 试验结果及分析

3．4．1 介质损耗

3．4．2 局部放电

3．4．3 绝缘寿命

3．5 本章小结

第4章 聚酰亚胺绝缘材料导热特性研究

4．1 热传导的基本原理

4．1．1 绝缘层热的传导作用

4．1．2 表面热的散失作用

4．2 聚酰亚胺薄膜数值仿真和试验方法

4．2．1 仿真模型建立

4．2．2 仿真算法描述

4．2．3 试验方法

4．3 温度对聚酰亚胺薄膜导热性能的影响

4．4 添加物对聚酰亚胺薄膜导热性能的影响

4．5 湿度对聚酰亚胺薄膜导热性能的影响

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果