连续高压脉冲下空间电荷对变频牵引电机绝缘老化影响的研究

论文摘要

变频调速牵引电机是中国高速铁路发展必需的装备,作为交流传动电力机车的关键部件之一,变频电机的性能直接影响到机车运行的稳定性和可靠性。然而,逆变器输出的PWM（脉冲宽度调制）连续高压脉冲的上升沿很陡、频率很高,导致在脉冲电压下牵引电机绝缘过早失效。聚酰亚胺薄膜以其耐高温（400℃）、低温（-269℃）、耐辐射和优良的介电性能目前被广泛应用于变频电机对地绝缘和匝间绝缘中,是变频电机的基础绝缘材料。传统交流电机绝缘设计方法和理论已不完全适用于变频调速电机,因此研究其绝缘的老化、失效机理,可以为变频电机绝缘结构设计提供理论基础,从而延长变频电机的使用寿命。空间电荷对脉冲电压下绝缘的破坏扮演着重要角色,本论文针对连续高压脉冲下空间电荷对变频电机绝缘老化的影响开展工作。首先搭建了试样老化和空间电荷测量系统,测量了耐电晕型聚酰亚胺薄膜（100CR）和普通聚酰亚胺薄膜（100HN）空间电荷积聚的阈值场强,并分析了纳米粒子的加入对绝缘材料介电性能的影响；此外,还测量了不同温度下,聚酰亚胺薄膜中空间电荷的分布,以此研究连续高压脉冲下空间电荷的特性；然后利用扫描电镜,分析老化时间和频率对薄膜表面和断面形貌的影响,以此研究纳米粒子提高薄膜耐电晕性能的原因；最后以电磁线为实验对象,进行了电击穿、热击穿和电树枝化击穿实验,结合扫描电镜和能谱分析研究了相应的击穿机制。本论文的工作为深入研究连续高压脉冲下变频电机的绝缘老化机理打下了良好的基础,同时也为运用无机纳米填料提高薄膜耐电晕性能提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 变频调速牵引电机及其绝缘技术
• 1.1.1 变频调速牵引电机的特点
• 1.1.2 变频调速牵引电机绝缘技术
• 1.2 变频调速牵引电机绝缘的研究现状
• 1.2.1 国内外变频调速牵引电机绝缘破坏分析
• 1.2.2 国内外空间电荷的研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 高压脉冲下空间电荷的实验研究
• 2.1 空间电荷及输运理论
• 2.1.1 空间电荷的形成与本质
• 2.1.2 空间电荷对绝缘老化和击穿的影响
• 2.1.3 电荷输运的类型及特点
• 2.2 试样及实验过程
• 2.2.1 试样
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 实验系统与测试装置
• 第3章 聚酰亚胺薄膜的老化及耐电晕特性
• 3.1 高压脉冲下的电荷输运
• 3.2 高压脉冲下空间电荷特性
• 3.3 纳米与非纳米薄膜的耐电晕特性
• 3.3.1 不同老化时间下聚酰亚胺薄膜的形貌分析
• 3.3.2 不同老化频率下聚酰亚胺薄膜的形貌分析
• 第4章 电磁线击穿机制的实验研究
• 4.1 电击穿
• 4.2 热击穿
• 4.3 树枝化击穿
• 4.3.1 气隙诱发电树枝
• 4.3.2 杂质引发电树枝
• 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