基于超高频法的变频牵引电机绝缘局部放电特性研究

摘要

变频调速牵引电机是高速动车组的九大核心部件之一，其运行安全、可靠性是保障高速动车组安全稳定运行的关键。近年来，随着高速铁路的快速发展，PWM技术被广泛应用，变频牵引电机承受的电压不再是传统的工频正弦电压，而是具有高频率、陡上升沿/下降沿的方波脉冲。其定子绝缘系统长期工作在高频陡方波脉冲电压下，将导致绝缘加速老化、寿命缩短，成为高速铁路安全运营的隐患。国内外研究表明，局部放电是导致变频牵引电机在脉冲条件下过早失效的重要原因之一。因而，对局部放电的检测和评估也就成为检测变频牵引电机绝缘状况的重要手段，且能为变频电机绝缘系统的设计、优化和寿命评估提供相应的理论基础，并能保障高速动车组的安全和可靠的运行。但相对于正弦电压和直流电压条件下局部放电的提取，高频方波脉冲电源具有较短的上升时间和下降时间，容易产生强烈的电磁干扰，淹没了局部放电信号，导致局部放电的提取成为一个难题。
　　 根据高频电磁波的辐射原理和天线的接收原理，研制了一个用于局部放电超高频信号检测的套简单极子天线。通过对其输入阻抗的优化设计，确定了天线的结构参数，分析了天线的性能如带宽、驻波比及增益特性，使其满足检测局部放电信号的要求。试验验证了该天线用于检测牵引电机绝缘局部放电的可行性。
　　 根据局部放电超高频信号的特性，基于套筒单极子天线搭建了局部放电的超高频检测系统。测试研究了脉冲电源干扰信号的时域和频域分布特性，采用高通滤波器对天线耦合到的高频信号进行滤波，有效的去除了方波脉冲电源的干扰信号，准确提取出局部放电信号。
　　 以变频牵引电机定子绕组绝缘用绞线对和聚酰亚胺纳米复合薄膜为试验对象，研究了不同脉冲频率和上升时间条件下试样的局部放电起始放电电压(PDIV)、平均放电量、放电次数的变化规律及其影响因素。解析了试样的局部放电机理，及气隙表面形成的空间电荷累积对局部放电的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 变频牵引电机绝缘的研究现状

1．2．1 牵引电机绝缘承受的高频方波脉冲特性

1．2．2 国内外牵引电机绝缘局部放电的研究

1．3 局部放电的检测方法

1．3．1 脉冲电流法

1．3．2 超声波检测法

1．3．3 光测法

1．3．4 化学检测法

1．3．5 超高频检测法

1．4 本文主要研究内容

第2章 高频电磁波辐射机理及其超高频传感器的选择

2．1 局部放电高频电磁波的辐射原理

2．2 超高频传感器的选择

2．2．1 天线的接收原理

2．2．2 超高频天线的选择

2．2．3 超高频天线的结构

2．3 超高频天线的性能分析

2．3．1 天线的输入阻抗

2．3．2 天线的带宽

2．3．3 天线的驻波比

2．3．4 天线的增益

2．4 小结

第3章 高频方波脉冲下的局部放电超高频检测系统

3．1 局部放电

3．1．1 局部放电产生的机理

3．1．2 局部放电产生超高频信号的机理

3．1．3 局部放电超高频信号的特性分析

3．2 方波脉冲下局部放电超高频测试系统

3．2．1 局部放电超高频测试系统

3．2．2 放电试样

3．2．3 局部放电的干扰信号

3．3 局部放电信号的采集

3．4 局部放电信号的提取及统计

3．5 小结

第4章 高频方波脉冲电压下的局部放电特性

4．1 方波脉冲电压下局部放电的特点

4．2 绞线对的局部放电特性

4．2．1 绞线对的起始放电电压

4．2．2 不同频率下绞线对的局部放电特性

4．2．3 不同上升时间下绞线对的局部放电特性

4．3 聚酰亚胺纳米复合薄膜的局部放电特性

4．3．1 聚酰亚胺纳米复合薄膜的起始放电电压

4．3．2 不同频率下聚酰亚胺纳米复合薄膜的局部放电特性

4．3．3 不同上升时间下聚酰亚胺膜纳米复合薄膜的局部放电特性

4．4 局部放电的机理分析

4．4．1 绞线对的局部放电机理

4．4．2 聚酰亚胺纳米复合薄膜的局部放电机理

4．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果