高频脉冲电压下牵引电机绝缘电破坏及老化机理的研究

摘要

变频调速牵引电机作为高速动车的九大关键技术之一，其定子绝缘系统工作在逆变器输出的PWM高频方波脉冲电压下，是保障高速动车安全运行的关键。变频牵引电机作为高速动车的核心部件，其绝缘系统是电机的薄弱部位，承受PWM高频脉冲的持续冲击。牵引电机正在向高功率、体积小、质量轻、可靠性越来越高的方向发展，电机的绝缘系统将工作在更加严酷的电气环境下。因此，研究牵引电机定子绕组绝缘的击穿和寿命特性，分析高频方波电压下的放电特性及其对绝缘寿命的影响，探寻高频方波脉冲下的绝缘老化特性及表征参量，将推进高频方波脉冲电压下绝缘破坏理论的发展，学术价值和工程意义重大。
　　针对牵引电机定子绕组匝间绝缘开展试验，研究了绝缘的击穿和加速老化寿命，分析了绝缘的击穿行为，发现了高频脉冲电压下绝缘的电压-重复率-上升时间联合寿命模型。结果表明:电击穿过程中电子从电场中得到的能量大于损失给晶格振动的能量，电导进入不稳定阶段，导致绝缘的迅速破坏;纳米颗粒的添加改善了聚合物的耐电树枝化能力;脉冲电压、重复率和上升时间的寿命特性都呈现为幂函数关系。
　　采用高频高压脉冲下的局部放电检测系统，测试分析了不同脉冲参数下绞线对、电磁线以及绝缘材料的放电参量，讨论了空间电荷对放电以及寿命的作用机制。结果表明:随着脉冲重复率和电压上升率的升高，局部放电活动加剧，放电向方波脉冲的零点位置移动;空间电荷在脉冲极性翻转时气隙场强增大，电荷的存储效应增强了放电活动;纳米颗粒的添加改善了材料的电荷迁移能力，降低了材料局部场强畸变和局部放电活动。
　　基于高频高压绝缘老化试验系统，研究了高频方波脉冲下绝缘的老化特性及表征，测试分析了不同老化时间下薄膜材料的表面形貌、剩余击穿场强和空间电荷分布特性，阐述了空间电荷对绝缘老化的影响，探索了表征绝缘老化程度的放电统计参量。结果表明:纳米粒子的添加降低了局部放电对材料的老化作用，纳米复合薄膜的剩余击穿场强下降较少;平均放电量的偏斜度可以预测绝缘的剩余寿命时间;脉冲重复率的增加、上升时间的缩短以及老化时间的增长都将导致空间电荷注入量增加，高能量热电子的产生和复合加速了绝缘老化进程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 牵引电机绝缘承受高频方波脉冲电压

1．2．2 绝缘材料寿命模型及老化机理

1．2．3 局部放电行为及其影响因素研究

1．2．4 高频方波脉冲电压下的空间电荷行为研究

1．2．5 纳米复合物的耐放电性能研究

1．3 论文的研究内容

第2章 高频方波脉冲电压下绝缘的击穿及寿命特-I生

2．1 变频牵引电机用电磁线的击穿机制

2．1．1 电磁线的电击穿

2．1．2 电磁线的电树枝化击穿

2．2 高频方波脉冲下绝缘的老化寿命特性

2．2．1 脉冲电压的影响

2．2．2 脉冲重复率的影响

2．2．3 脉冲上升时间的影响

2．3 本章小结

第3章 高频方波脉冲下的局部放电特性

3．1 高频方波脉冲下的局部放电测试系统

3．2 牵引电机绞线对的局部放电特性

3．2．1 不同脉冲重复率下的局部放电行为

3．2．2 不同上升时间下的局部放电行为

3．2．3 空间电荷对局部放电的影响

3．3 局部放电及空间电荷对电磁线绝缘寿命的影响

3．4 聚酰亚胺薄膜的局部放电特性

3．4．1 电磁线的耐电晕寿命试验和分析

3．4．2 不同脉冲参数下薄膜的表面放电

3．5 本章小结

第4章 高频方波脉冲下的绝缘老化

4．1 不同老化时间下薄膜的剩余击穿场强

4．1．1 电老化对薄膜表面形貌的影响

4．1．2 电老化对薄膜剩余击穿场强的影响

4．2 不同老化时间下的局部放电特性

4．2．1 不同老化时间下的局部放电行为

4．2．2 不同老化时间下局部放电的统计参量

4．3 高频方波脉冲下的空间电荷分布

4．3．1 脉冲重复率对聚酰亚胺薄膜空间电荷分布的影响

4．3．2 上升时间对聚酰亚胺薄膜空间电荷分布的影响

4．3．3 不同老化时间下聚酰亚胺薄膜的空间电荷分布

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和成果