Modelling of degradation process of electrical insulation systems due to inverter pulses

摘要

In-service stresses are the cause of progressive degradation of electrical insulation systems. The assessment of intensity and dynamics of these processes which are, among others, consequence of local working electhc field strength is usually performed at sinusoidal voltage. However, in applications where power electronics converters are used the voltage stress has usually a form of fast switching pulses composing of repetitive sequences. Special problems for Pulse Width Modulation (PWM) driven induction motors anse from overvoltages and partial discharges (PD) in insulating systems of feeding cables and motors. The PWM waveforms produce complex overvoltages that stress the insulation more severely than sinusoidal voltage waveforms. The overvoltages form Mais of pulses with very short rise times. Such conditions have essential influence on inception and activity of partial discharges in insulation systems. Selected aspects of these problems are presented in the paper: the numerical simulations of electric stress in coil-to-coil insulation of stator windings, the influence of the pulsed voltages modelling the PWM sequences, and the experimental results of PD in model twisted pair (TP) samples.%Narażenia eksploatacyjne są powodem postępującej degradacji elektrycznych układów izolacyjnych. Ocena intensywności i dynamiki tych procesów, będących m.in. konsekwencją lokalnego, roboczego natężenia pola elektrycznego jest zwykle prowadzona dla napięcia sinusoidalnie zmiennego. W aplikacjach, w których stosowane są energoelektroniczne układy przekształtnikowe narażenia napięciowe mają formę impulsów szybkozmiennych, tworzących powtarzalne sekwencje. Szczególne problemy powstają w układach napędowych silników indukcyjnych z modulacją szerokości impulsów (PWM), a związane są one z przepięciami oraz wyładowaniami niezupełnymi (wnz) w izolacji kabli zasilających oraz silników. Przebiegi PWM wytwarzają złożone przepięcia, które narażają izolację w większym stopniu niż napięcia przemienne. Przepięcia tworzą ciągi impulsów o bardzo krótkich czasach narastania, co ma zasadniczy wpływ na powstawanie i aktywność wyładowań niezupełnych w układach izolacyjnych. Artykuł przedstawia wybrane aspekty tych problemów: symulacje numeryczne naprężeń elektrycznych izolacji międzyzwojowej, wpływ napięć impulsowych modelujących sekwencje PWM oraz wyniki badań eksperymentalnych wnz w próbkach modelowych typu para skręcona (TP).