SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命研究

实验研究了变频电机绝缘材料耐电晕寿命在不同基波频率(10 Hz、50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz)和开关频率(6 kHz、12 kHz、18 kHz)的空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulated,SVPWM)电压下的变化规律,并且开展了重复脉冲方波电压下的耐电晕寿命对比实验。实验表明:开关频率越低,耐电晕寿命越长,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越大;开关频率越高,耐电晕寿命越短,耐电晕寿命的时长和分散性在不同基波频率下的波动越小。50%占空比重复脉冲方波能够用于替代SVPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,开关频率越高,50%占空比重复脉冲方波对SVPWM电压下变频电机绝缘耐电晕寿命时长和分散性的预测越准确,但在开关频率较低时不能准确反映其统计特性。

重复方波频率对聚酰亚胺耐电晕寿命影响研究

为研究重复方波电压频率对聚酰亚胺耐电晕寿命的影响规律,搭建了双极性方波测试平台,测试不同频率下聚酰亚胺的耐电晕寿命和局部放电统计特性。结果表明:聚酰亚胺的耐电晕寿命随频率的增加而减小,趋势逐渐变缓,这是因为随着重复方波频率的增加,发生在上升沿和下降沿处的放电幅值和相位都逐渐减小,致使单个周期内放电产生的电老化作用减弱。据此,对绝缘采用提高方波电压频率来加速老化时,需考虑上述特性。

重复短脉冲下相对湿度对变频电机绝缘局部放电及耐电晕寿命影响研究

在上升时间为10 ns、电压幅值为3.5 kV、频率为5 kHz的重复单极性短脉冲下,实验研究了相对湿度分别为30%、50%、70%、90%时变频电机匝间绝缘的局部放电及耐电晕特性。结果表明:随着相对湿度的增加,试样的耐电晕寿命逐渐缩短,局部放电幅值先减小至某临界值后明显增大。这是由于随着相对湿度增加,电荷驻留效应减弱导致局部放电幅值减小,但当湿度超过某临界值后,微水聚集增强了局部电场,局部放电幅值增加。同时,微水的附着使试样的介电常数增加,从而使气隙间电场强度增大,这可能是其耐电晕寿命缩短的原因。

脉宽调制电压下频率对电动汽车驱动电机绝缘耐电晕寿命影响

采用脉宽调制技术驱动的电动汽车绝缘系统将承受严酷的高频脉宽调制电压。基波频率和载波频率是脉宽调制电压的关键参数。该文搭建了高频耐电晕测试平台,研究了不同基波频率和载波频率对电动汽车驱动电机电磁线的局部放电分布特性和绝缘耐电晕寿命的影响。测试结果及分析表明:在脉宽调制电压下,局部放电主要集中在基波极性翻转处,且呈不对称分布;采用频率-寿命反幂模型对绝缘耐电晕寿命进行拟合,得到不同基波/载波频率与寿命拟合曲线预测模型,结果表明试样的耐电晕寿命随基波频率和载波频率的增加均呈幂指数下降;在基波频率一定时,不同载波频率下的电压耐电晕寿命曲线经反幂变换后呈现平行趋势,因此基波频率与载波频率的耦合交互作用可考虑为频率-寿命反幂模型垂直移动常数因子。该研究有望为电动汽车电机绝缘耐电晕寿命测试提供试验与理论依据。

重复方波脉冲和短脉冲电压下变频电机匝间绝缘耐电晕特性对比研究

逆变器输出至变频电机端部的脉宽调制(PWM)电压为重复方波脉冲电压,但变频电机匝间绝缘实际承受持续时间为纳秒至微秒级的短脉冲电压。为研究两种电压下变频电机匝间绝缘性能的异同,测试分析了变频电机匝间绝缘在相同频率、电压峰峰值和上升时间的重复方波脉冲和短脉冲电压下的局部放电和耐电晕寿命。结果表明:重复方波脉冲电压在上升沿和下降沿的局部放电对称分布,而短脉冲电压在上升沿的局部放电特性与重复方波脉冲电压相似,在下降沿未检测到明显放电;重复方波脉冲电压下的频域能量主要分布在0.7~0.9 GHz,而短脉冲电压下的频域能量主要分布在0.9~1.1 GHz,且短脉冲电压下的局部放电持续时间比重复方波脉冲电压下短;短脉冲电压下漆包线的耐电晕寿命约为重复方波脉冲电压下的3倍。

拉伸对变频电机用漆包线耐电晕性能的影响

为了分析耐电晕漆包线在电机实际使用过程中的耐电晕性能,通过拉力试验机模拟耐电晕漆包线使用过程中的拉伸情况。首先通过拉力试验机对耐电晕漆包线进行拉伸,拉伸率分别为10%、15%。然后分别进行未拉伸漆包线、拉伸率10%及15%的耐电晕漆包线的击穿电压试验和耐电晕性能试验,并进行漆包线拉伸前后击穿电压和耐电晕寿命的比较。结果表明:拉伸率为10%、15%后漆包线击穿电压与未拉伸试样相比略有下降,拉伸15%后漆包线的击穿电压保留率超过85%。拉伸率为10%、15%的漆包线耐电晕性能与未拉伸试样比较有较明显的下降,拉伸率为15%的漆包线的耐电晕性能略差于拉伸率10%的漆包线,耐电晕漆包线拉伸率为10%时,其耐电晕性能保留率不足20%。

变频电机用耐电晕漆包圆线漆膜结构与工艺的研究

采用经纳米技术改进的耐电晕漆,结合设计合理的漆膜结构和先进的漆包线生产工艺,生产出具有优异耐电晕性能的漆包线,该漆包线广泛应用于各种领域的变频电机,可保证变频电机在各种苛刻条件下运行。

SiC逆变器供电的牵引电机匝间绝缘性能评估

采用碳化硅(SiC)逆变器供电,虽然可以减小牵引变频电机体积、质量、温升,提高电机效率,但逆变器输出电压的高频、短上升时间等特性给牵引变频电机绝缘带来了挑战,尤其是匝间绝缘将会承受更高的电压负荷,导致绝缘过早失效。本文首先通过模拟SiC逆变器在最大开关频率及实际电缆线长度下高压变频牵引电机匝间绝缘所承受的电压波形,在不同电压参数(频率、电压峰峰值、上升时间)、不同温度、不同匝间绝缘层厚度(0.23 mm、0.30 mm)下对高压变频电机电磁线进行局部放电起始电压测试及耐电晕寿命测试,并根据牵引电机的实际运行工况和绝缘系统的电负荷失效机理,分析PDIV、局部放电特性及寿命的变化机理。PDIV测试结果表明:频率与上升时间的变化并不会对PDIV产生影响;温度升高,PDIV呈现下降趋势,但由于制作工艺问题,在部分温度下会出现上升趋势;厚度的增加对PDIV提升较大,在考虑成本及效率可控的前提下,提高厚度能有效提高变频电机匝间绝缘能力。耐电晕测试结果表明:温度与上升时间的变化会造成绝缘寿命发生较大改变;频率及电压峰峰值对绝缘寿命的影响呈非线性关系,可用反幂模型表达,并且在工业应用上针对频率对绝缘寿命的影响可直接通过比例关系进行折算。

正弦脉宽调制电压下聚酰亚胺绝缘寿命研究

在正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulated,SPWM)电压下,实验研究了不同开关频率(6、12、18 kHz)和基波频率(10、50、100、150、200 Hz)对聚酰亚胺绝缘耐电晕寿命的影响,并与相同开关频率和不同占空比(10%、50%)重复脉冲方波下的耐电晕寿命进行对比。结果表明:50%占空比的重复脉冲方波可以用来代替SPWM波预测变频电机绝缘的耐电晕寿命,但不能准确反映其统计特性;耐电晕寿命随开关频率的增加而减少;100 Hz是耐电晕寿命的基波频率转折点,当基波频率小于100 Hz时耐电晕寿命随基波频率的增加而减少,当基波频率大于100 Hz时耐电晕寿命随基波频率的增加而增加。

疏水性气相SiO2改性环氧树脂的耐电晕性能

采用砂磨机将疏水性气相SiO2纳米粒子分散到无溶剂环氧树脂(Epoxy,EP)中,经加热固化后制备了不同掺杂量的疏水性气相SiO2/EP复合材料,通过XRD检测和SEM表征,证实疏水性气相SiO2纳米粒子以无定形态均匀分散在EP中。疏水性气相SiO2/EP复合材料的理化性能测试结果表明:其热稳定性、介电常数、介电损耗和电导率均随纳米SiO2粒子掺杂量的增加而有所升高;纳米SiO2粒子掺杂量为2wt%时,击穿场强达到最大值为24.66kV/mm,较纯EP材料提高了21.35%;疏水性气相SiO2/EP复合材料耐电晕寿命随纳米SiO2粒子掺杂量增加而增加。在室温、80kV/mm电场强度下,纳米SiO2粒子掺杂量为8wt%时,疏水性气相SiO2/EP耐电晕寿命可达42.7h,是纯EP的18.9倍。

变频电机用纳米复合绝缘薄膜老化性能的评估

对聚酰亚胺/纳米TiO2薄膜进行了热老化和电晕老化性能评估。利用热重点斜法评估了纯PI薄膜的耐热老化性能,用TGA、DSC等手段研究了聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料薄膜的相对耐热性能。基于IEC60343标准建立了一套耐电晕老化试验系统,对不同纳米填充量的聚酰亚胺/纳米TiO2复合薄膜进行了耐电晕老化试验。结果表明,纳米TiO2的引入,改善了聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能,提高了聚酰亚胺薄膜在变频绝缘的运行寿命,但是随着纳米TiO2填充量的进一步增加,薄膜的耐电晕寿命以及热性能下降。

变频电机绝缘失效机理及测试技术研究现状

以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带电力电子器件的使用将进一步提升未来电力电子装置的效率和功率密度,使电力转换更加灵活可控。电机驱动是电力电子应用最早和最成功的领域,变频器和交流电机组成的变频电机系统已成为当代电力驱动的主流。然而,未来宽禁带器件的使用,将使变频电机绝缘系统承受更高频率、更快变换速度、更高电压的高频脉冲电压冲击,给现有较多的成型绝缘系统带来严峻挑战,传统正弦和直流电压下的绝缘检测、评估及预测技术不再适用于变频电机绝缘系统。本文首先对变频电机绝缘失效机理进行了总结,着重阐述了PWM电压应力及环境参数对变频电机绝缘局部放电统计特性及耐电晕绝缘寿命的影响规律;然后,结合IEC相关标准讨论了国内外行业关注的低压散绕电机PDIV测试及耐电晕寿命评估技术;最后,针对未来电力电子技术对变频电机绝缘系统的挑战,对现行标准存在的问题进行反思,并展望了未来变频电机绝缘领域应关注的重点。

冷却油对变频电机匝间绝缘电气性能影响研究

采用循环油冷方式提升新能源汽车变频电机散热能力后,工作在高频脉冲下的电机绝缘系统同时会受到冷却油的浸入,因此必须考虑冷却油环境对变频电机绝缘系统电性能的影响。本研究同时在正弦与高频脉冲电压条件下,模拟油冷电动汽车绝缘系统运行环境,采用变频电机匝间绝缘制成的单点放电试样,试验研究了油液浸入对变频电机散绕绕组局部放电起始电压和耐电晕寿命的影响规律。结果表明:相较于无油液情况,冷却油环境可显著提升变频电机匝间绝缘的局部放电起始电压;如放电存在,冷却油对绝缘耐电晕寿命的影响取决于环境温度,温度升高,表面油污对绝缘耐电晕寿命的影响作用减弱。因此,在保证油液和绝缘系统相容性、绝缘系统其他性能的前提下,冷却油在提升电机绕组散热能力的同时,客观上提高了散绕变频电机绝缘系统在高频脉冲下的电性能。

低温等离子体处理对聚酰亚胺纳米复合薄膜表面特性的影响

本文利用介质阻挡放电(DBD)试验平台产生低温等离子体,用低温等离子体改性聚酰亚胺(PI)纳米复合薄膜,对低温等离子体改性前后的纳米复合薄膜进行表面形貌、化学键结构、表面电导及耐电晕性能测试,研究薄膜表面特性的变化规律。结果表明:表面改性后,纳米复合薄膜表面逐渐变粗糙,并出现微孔、不连续凸起物。合理的等离子体改性时间可以在薄膜表面引入极性基团。随着改性时间的增加,接触角逐渐减小,表面能和表面电导率逐渐加大,耐电晕寿命增加到一定程度随后逐渐减小。当等离子体改性时间为10 s时,改性后的纳米复合薄膜的耐电晕寿命比未改性的纳米复合薄膜提高了15.7%。经过低温等离子体改性后,纳米复合薄膜表面相比纯PI薄膜表面更加均匀,改性后的纳米复合薄膜具有表面能小、表面电导率大的特性。较大的表面电导率会加快纳米复合薄膜表面电荷消散的速度,避免局部场强的集中产生表面放电,从而提高了薄膜的耐电晕寿命。要获得相同的改性效果,纳米复合薄膜需要的低温等离子体处理时间比纯PI薄膜稍长。

重复方波死区时间对变频电机绝缘性能影响研究

为研究电力电子脉宽调制(PWM)算法中死区时间对变频电机绝缘性能的影响,首先利用全桥固态开关和高速实时控制技术,搭建了死区时间在2~10μs可调的重复脉冲发生器。在峰峰电压为4 kV、频率为5 kHz双极性重复脉冲电压下,借助特高频测试方法,通过变频电机匝间绝缘试验,研究了重复方波电压死区时间对变频电机绝缘放电统计特征和耐电晕寿命的影响规律。结果表明:增加死区时间可以显著增大重复脉冲方波上升沿和下降沿处的表面电荷衰减效应,减弱了放电过程中表面电荷反向电场对放电过程的抑制作用,从而增加了放电数量,加速绝缘电老化,使变频电机匝间绝缘的耐电晕寿命显著降低。对此,在设计电力电子系统,加入死区时间保护功率器件的同时,必须考虑死区时间对变频电机绝缘系统的加速老化作用,以适当提高绝缘裕度。

改性BN-Si-B/环氧树脂复合材料的制备及绝缘性能

电晕放电影响电气设备的稳定运行和使用寿命,提高绝缘材料的耐电晕性能对于保证电气设备的正常运行具有重要意义。本文利用硅烷偶联剂改性氮化硼(BN)制备改性BN(fBN),并将其与分散剂(有机硅硼复合氧化物(Si-B))共混对环氧树脂(EP)进行了改性。采用共混法和热固法制备了不同fBN含量的f BN-Si-B/EP复合材料,提高了环氧树脂的耐电晕寿命。实验结果表明:在30℃和30 kV·mm^(-1)电场强度下,f BN-Si-B/EP复合材料的耐电晕寿命最高可达114.8 h,是纯环氧树脂5.01倍。随着fBN掺杂量的增加,fBNSi-B/EP复合材料的介电常数呈现增加的趋势。同时,该复合材料的体积电阻率和击穿场强则表现出先降低后增加的趋势。少量fBN的加入可以降低复合材料的相对介电常数,抑制介电损耗增加。虽然fBN-Si-B/EP复合材料的击穿场强和体积电阻率略微降低,体积电阻率极小值为6.65×10^(14)Ω·cm,击穿场强极小值为24.04 kV·mm^(-1),但仍具有较好的绝缘性能。

新能源汽车驱动电机绝缘系统测试技术综述

电机是新能源汽车的关键驱动部件,绝缘系统是电机可靠性的重要保障,电机绝缘一旦失效,将对汽车的安全运行构成威胁。严酷的电热应力是导致绝缘失效的主要因素,在复杂脉冲参数和环境下对电机绝缘水平进行测试具有重要意义。本文从新能源汽车驱动电机绝缘系统的性能评估方法与影响因素、电压分布计算和薄弱点定位等方面综述国内外最新研究成果,并结合电压等级提升、功率密度提高、开断频率提高和开关速度增加的发展趋势,指出变频电机绝缘评估面临的问题和挑战,为未来该领域需重点关注的研究方向提供参考。